SỰ RƠI TỰ DO
- Thứ sáu - 16/10/2020 04:55
- In ra
- Đóng cửa sổ này
I. Sự rơi trong không khí và sự rơi tự do.
1. Sự rơi của các vật trong không khí.
Các vật rơi trong không khí xảy ra nhanh chậm khác nhau là do lực cản của không khí tác dụng vào chúng khác nhau.
1. Sự rơi của các vật trong không khí.
Các vật rơi trong không khí xảy ra nhanh chậm khác nhau là do lực cản của không khí tác dụng vào chúng khác nhau.
2. Sự rơi của các vật trong chân không (sự rơi tự do).
- Nếu loại bỏ được ảnh hưởng của không khí thì mọi vật sẽ rơi nhanh như nhau. Sự rơi của các vật trong trường hợp này gọi là sự rơi tự do.
II. Nghiên cứu sự rơi tự do của các vật.
1. Những đặc điểm của chuyển động rơi tự do.
+ Phương của chuyển động rơi tự do là phương thẳng đứng (phương của dây dọi).
+ Chiều của chuyển động rơi tự do là chiều từ trên xuống dưới.
+ Chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều.
2. Các công thức của chuyển động rơi tự do không có vận tốc đầu:
2. Gia tốc rơi tự do.
+ Tại một nơi nhất định trên Trái Đất và ở gần mặt đất, các vật đều rơi tự do với cùng một gia tốc g.
+ Ở những nơi khác nhau, gia tốc rơi tự do sẽ khác nhau :
- Ở địa cực g lớn nhất : g = 9,8324m/s2.
- Ở xích đạo g nhỏ nhất : g = 9,7872m/s2
+ Nếu không đòi hỏi độ chính xác cao, ta có thể lấy g = 9,8m/s2 hoặc
g = 10m/s2.
Các dạng bài tập có hướng dẫn
Dạng 1: Vận dụng công thức tính quãng đường, vận tốc trong rơi tự do
Cách giải: Sử dụng các công thức
Bài 1: Một vật rơi tự do từ độ cao 20m xuống đất, g = 10m/s2.
a/ Tính thời gian để vật rơi đến đất.
b/ Tính vận tốc lúc vừa chạm đất.
Hướng dẫn
b/ v = gt = 20 m/s
Bài 2: Một vật được thả rơi không vận tốc đầu khi vừa chạm đất có v = 70m/s, g = 10m/s2
a/ Xác định quãng đường rơi của vật.
b/ Tính thời gian rơi của vật.
Hướng dẫn giải:
Bài 3: Từ độ cao 120m người ta thả một vật thẳng đứng xuống với v = 10m/s, g = 10m/s2.
a/ Sau bao lâu vật chạm đất.
b/ Tính vận tốc của vật lúc vừa chạm đất.
Bài 4: Thả một hòn đá từ độ cao h xuống đấy, hòn đá rơi trong 1s. Nếu thả hòn đá đó từ h’ = 4h thì thời gian rơi là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải
Bài 5: Một vật rơi tự do khi chạm đất thì vật đạt v = 30m/s. Hỏi vật được thả rơi từ độ cao nào? g = 9,8m/s2.
Hướng dẫn giải
Bài 6: Người ta thả một vật rơi tự do, sau 4s vật chạm đất, g = 10m/s2. Xác định.
a/Tính độ cao lúc thả vật.
b/ Vận tốc khi chạm đất.
c/ Độ cao của vật sau khi thả được 2s.
Hướng dẫn giải:
Bài 7: Một người thả vật rơi tự do, vật chạm đất có v = 30m/s, g = 10m/s2.
a/ Tìm độ cao thả vật.
b/ Vận tốc vật khi rơi được 20m.
c/ Độ cao của vật sau khi đi được 2s.
Bài 1: Một vật rơi không vận tốc đầu từ độ cao 80m xuống đất.
a/ Tìm vận tốc lúc vừa chạm đất và thời gian của vật từ lúc rơi tới lúc chạm đất.
b/ Tính quãng đường vật rơi được trong 0,5s đầu tiên và 0,5s cuối cùng, g = 10m/s2
Hướng dẫn giải
Bài 2: Một vật rơi tự do tại một địa điểm có g = 10m/s2. Tính
a/ Quãng đường vật rơi được trong 5s đầu tiên.
b/ Quãng đường vật rơi trong giây thứ 5.
Hướng dẫn giải:
Hướng dẫn giải:
a/ Quãng đường vật rơi trong 5s đầu: S5 = ½ gt52 = 125m
Quãng đường vật rơi trong 4s đầu: S4 = ½ gt42 = 80m
b/ Quãng đường vật rơi trong giây thứ 5: S = S5 – S4 = 45m
Bài 3: Trong 3s cuối cùng trước khi chạm đất, vật rơi tự do được quãng đường 345m. Tính thời gian rơi và độ cao của vật lúc thả, g = 9,8m/s2.
Hướng dẫn giải:
Bài 4: Một vật rơi tự do từ độ cao h. Biết rằng trong 2s cuối cùng vật rơi được quãng đường bằng quãng đường đi trong 5s đầu tiên, g = 10m/s2.
a/ Tìm độ cao lúc thả vật và thời gian vật rơi.
b/ Tìm vận tốc cuả vật lúc vừa chạm đất.
Hướng dẫn giải:
a/Chọn chiều dương hướng xuống, gốc toạ độ tại vị trí vật bắt đầu rơi, gốc thời gian lúc vật rơi.
Gọi t là thời gian vật rơi.
Quãng đường vật rơi trong t giây: S = ½ gt2
Quãng đường vật rơi trong ( t – 2) giây: S1 = ½ g(t-2)2
Quãng đường vật rơi trong 5s: S5 = ½ gt52
Quãng đường vật rơi trong 2 giây cuối: S2 = S – S1 = S5
Bài 5: Một vật rơi tự do từ độ cao 50m, g = 10m/s2. Tính
a/ Thời gian vật rơi 1m đầu tiên.
b/ Thời gian vật rơi được 1m cuối cùng.
Hướng dẫn giải:
Bài 6: Một vật được thả rơi tự do không vận tốc đầu, g = 10m/s2.
a/ Tính đoạn đường vật đi được trong giây thứ 7.
b/ Trong 7s cuối cùng vật rơi được 385m. Xác định thời gian rơi của vật.
c/ Tính thời gian cần thiết để vật rơi 45m cuối cùng
Hướng dẫn giải:
a/ Quãng đường đi trong 6s đầu: S1 = ½ gt12 = 180m
Quãng đường vật đi trong 7s đầu: S2 = ½ gt22 = 245m
Quãng đường đi trong giây thứ 7: S’ = S1 – S2 = 65m
b/ Gọi t là thời gian rơi.
Quãng đường vật rơi trong thời gian t: S = ½ gt2
Quãng đường vật rơi trong ( t – 7 ) giây đầu: S3 = ½ g(t-7)2
Quãng đường vật rơi trong 7 giây cuối: S” = S – S3 = 385
Bài 7: Một vật rơi tự do trong 10 s. Quãng đường vật rơi trong 2s cuối cùng là bao nhiêu?, lấy g = 10m/s2.
Hướng dẫn giải:
Quãng đường vật rơi trong 10s: S1 = ½ gt12 = 500m
Quãng đường vật rơi trong 8s đầu: S2 = ½ gt22 = 320m
Quãng đường vật rơi trong 2s cuối cùng: S = S1 – S2 = 180m
Bài 8: Một vật rơi tự do không vận tốc đầu từ độ cao 45m xuống đất. Lấy g = 10m/s.
a. Tính thời gian rơi và tốc độ của vật khi vừa khi vừa chạm đất.
b. Tính thời gian vật rơi 10m đầu tiên và thời gian vật rơi 10m cuối cùng trước khi chạm đất.
Hướng dẫn giải:
Bài 9: Một vật rơi tự do không vận tốc đầu từ độ cao 80m xuống đất. Lấy g = 10m/s2. Tính:
a. Thời gian từ lúc bắt đầu rơi đến khi vật chạm đất và tốc độ của vật khi chạm đất
b. Quãng đường vật rơi được trong 2s đầu tiên và quãng đường vật rơi trong 2s cuối cùng trước khi chạm đất
Hướng dẫn giải:
Bài 10: Một vật được thả rơi tự do không vận tốc đầu từ độ cao h so với mặt đất. Cho g =10m/s2. Tốc độ của vật khi chạm đất là 30m/s.
a. Tính độ cao h, thời gian từ lúc vật bắt đầu rơi đến khi vật chạm đất.
b. Tính quãng đường vật rơi trong hai giây đầu và trong giây thứ hai.
Hướng dẫn giải:
Bài 11: Một vật được thả rơi tự do không vận tốc đầu từ độ cao h so với mặt đất. Cho g =10m/s2. Thời gian vật rơi là 4 giây.
a. Tính độ cao h, tốc độ của vật khi vật chạm đất.
b. Tính quãng đường vật rơi trong giây cuối cùng trước khi chạm đất.
Hướng dẫn giải:
a/ Độ cao lúc thả vật: S = ½ g.t2 = 80m
Tốc độ của vật khi chạm đất: v = g.t = 40m/s
b/ Quãng đường vật rơi trong 3s đầu: S1 = ½ g.t12 = 45m
Bài 12: Một vật được thả rơi tự do không vận tốc đầu từ độ cao h so với mặt đất. Cho g =10m/s2. Thời gian vật rơi 10 m cuối cùng trước khi chạm đất là 0,2s. Tính độ cao h, thời gian rơi và tốc độ của vật khi chạm đất.
Hướng dẫn giải:
Bài 13: Một vật rơi tự do không vận tốc đầu tại nơi có gia tốc trọng trường g. Trong giây thứ 3, quãng đường rơi được là 24,5m và tốc độ của vật khi vừa chạm đất là 39,2m/s. Tính g và độ cao nơi thả vật.
Hướng dẫn giải:
Quãng đường vật rơi trong 3 giây: S1 = ½ g.t12 = 4,5.g
Quãng đường vật rơi trong 2s đầu: S2 = ½ g.t22 = 2.g
Bài 14: Một vật được thả rơi tự do không vận tốc đầu từ độ cao h so với mặt đất tại nơi có gia tốc trọng trường g=10m/s2. Quãng đường vật rơi trong nửa thời gian sau dài hơn quãng đường vật rơi trong nửa thời gian đầu 40m. Tính h, thời gian rơi và tốc độ của vật khi chạm đất.
Hướng dẫn giải:
Quãng đường vật rơi nửa thời gian đầu: S1 = ½ g.(t/2)2 =1/8 g.t2
Quãng đường vật rơi nửa thời gian cuối S2 = 40 + S1 = 40 +1/8 g.t2
Quãng đường vật rơi: S = S1 + S2
Bài 1: Từ tầng 9 của một tào nhà, Nam thả rơi viên bi A. Sau 1s, Hùng thả rơi viên bi B ở tầng thấp hơn 10m. Hai viên bi sẽ gặp nhau lúc nào ( Tính từ khi viên bi A rơi ), g = 9,8 m/s2.
Hướng dẫn giải:
Chọn trục toạ độ thẳng đứng, chiều dương hướng xúong gốc toạ độ tại vị trí thả, gốc thời gian lúc bi A rơi.
t = 1,5s
Bài 2: Từ 1 đỉnh tháp cao 20m, người ta buông một vật. Sau 2s thì người ta lại buông vật thứ 2 ở tầng thấp hơn đỉnh tháp 5m. Chọn trục Oy thẳng đứng, gốc O ở đỉnh tháp, chiều ( + ) hướng xuống, thời gian lúc vật 1 bắt đầu rơi, g = 10m/s2
a/ Lập phương trình chuyển động và phương trình vận tốc của 2 vật.
b/ Hai vật có chạm đất cùng lúc không.
c/ Vận tốc lúc chạm đất của mỗi vật là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
Bài 3: Một viên bi A được thả rơi từ độ cao 30m. Cùng lúc đó, một viên bi B được bắn theo phương thẳng đứng từ dưới đất lên với v = 25m/s tới va chạm vào bi A. Chọn trục Oy thẳng đngứ, gốc O ở mặt đất, chiều dường hướng lên, gốc thời gian lúc 2 viên bi bắt đầu chuyển động, g = 10m/s2. Bỏ qua sức cản không khí.
a/ Lập phương trình chuyển động của mỗi viên bi.
b/ Tính thời điểm và tọa độ 2 viên bi gặp nhau.
c/ Vận tốc mỗi viên bi khi gặp nhau.
Hướng dẫn giải:
- Nếu loại bỏ được ảnh hưởng của không khí thì mọi vật sẽ rơi nhanh như nhau. Sự rơi của các vật trong trường hợp này gọi là sự rơi tự do.
- Định nghĩa :
II. Nghiên cứu sự rơi tự do của các vật.
1. Những đặc điểm của chuyển động rơi tự do.
+ Phương của chuyển động rơi tự do là phương thẳng đứng (phương của dây dọi).
+ Chiều của chuyển động rơi tự do là chiều từ trên xuống dưới.
+ Chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều.
2. Các công thức của chuyển động rơi tự do không có vận tốc đầu:
2. Gia tốc rơi tự do.
+ Tại một nơi nhất định trên Trái Đất và ở gần mặt đất, các vật đều rơi tự do với cùng một gia tốc g.
+ Ở những nơi khác nhau, gia tốc rơi tự do sẽ khác nhau :
- Ở địa cực g lớn nhất : g = 9,8324m/s2.
- Ở xích đạo g nhỏ nhất : g = 9,7872m/s2
+ Nếu không đòi hỏi độ chính xác cao, ta có thể lấy g = 9,8m/s2 hoặc
g = 10m/s2.
Các dạng bài tập có hướng dẫn
Dạng 1: Vận dụng công thức tính quãng đường, vận tốc trong rơi tự do
Cách giải: Sử dụng các công thức
- Công thức tính quãng đường: S = ½ gt2
Bài 1: Một vật rơi tự do từ độ cao 20m xuống đất, g = 10m/s2.
a/ Tính thời gian để vật rơi đến đất.
b/ Tính vận tốc lúc vừa chạm đất.
Hướng dẫn
b/ v = gt = 20 m/s
Bài 2: Một vật được thả rơi không vận tốc đầu khi vừa chạm đất có v = 70m/s, g = 10m/s2
a/ Xác định quãng đường rơi của vật.
b/ Tính thời gian rơi của vật.
Hướng dẫn giải:
Bài 3: Từ độ cao 120m người ta thả một vật thẳng đứng xuống với v = 10m/s, g = 10m/s2.
a/ Sau bao lâu vật chạm đất.
b/ Tính vận tốc của vật lúc vừa chạm đất.
Bài 4: Thả một hòn đá từ độ cao h xuống đấy, hòn đá rơi trong 1s. Nếu thả hòn đá đó từ h’ = 4h thì thời gian rơi là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải
Bài 5: Một vật rơi tự do khi chạm đất thì vật đạt v = 30m/s. Hỏi vật được thả rơi từ độ cao nào? g = 9,8m/s2.
Hướng dẫn giải
Bài 6: Người ta thả một vật rơi tự do, sau 4s vật chạm đất, g = 10m/s2. Xác định.
a/Tính độ cao lúc thả vật.
b/ Vận tốc khi chạm đất.
c/ Độ cao của vật sau khi thả được 2s.
Hướng dẫn giải:
Bài 7: Một người thả vật rơi tự do, vật chạm đất có v = 30m/s, g = 10m/s2.
a/ Tìm độ cao thả vật.
b/ Vận tốc vật khi rơi được 20m.
c/ Độ cao của vật sau khi đi được 2s.
Bài 1: Một vật rơi không vận tốc đầu từ độ cao 80m xuống đất.
a/ Tìm vận tốc lúc vừa chạm đất và thời gian của vật từ lúc rơi tới lúc chạm đất.
b/ Tính quãng đường vật rơi được trong 0,5s đầu tiên và 0,5s cuối cùng, g = 10m/s2
Hướng dẫn giải
Bài 2: Một vật rơi tự do tại một địa điểm có g = 10m/s2. Tính
a/ Quãng đường vật rơi được trong 5s đầu tiên.
b/ Quãng đường vật rơi trong giây thứ 5.
Hướng dẫn giải:
Hướng dẫn giải:
a/ Quãng đường vật rơi trong 5s đầu: S5 = ½ gt52 = 125m
Quãng đường vật rơi trong 4s đầu: S4 = ½ gt42 = 80m
b/ Quãng đường vật rơi trong giây thứ 5: S = S5 – S4 = 45m
Bài 3: Trong 3s cuối cùng trước khi chạm đất, vật rơi tự do được quãng đường 345m. Tính thời gian rơi và độ cao của vật lúc thả, g = 9,8m/s2.
Hướng dẫn giải:
Bài 4: Một vật rơi tự do từ độ cao h. Biết rằng trong 2s cuối cùng vật rơi được quãng đường bằng quãng đường đi trong 5s đầu tiên, g = 10m/s2.
a/ Tìm độ cao lúc thả vật và thời gian vật rơi.
b/ Tìm vận tốc cuả vật lúc vừa chạm đất.
Hướng dẫn giải:
a/Chọn chiều dương hướng xuống, gốc toạ độ tại vị trí vật bắt đầu rơi, gốc thời gian lúc vật rơi.
Gọi t là thời gian vật rơi.
Quãng đường vật rơi trong t giây: S = ½ gt2
Quãng đường vật rơi trong ( t – 2) giây: S1 = ½ g(t-2)2
Quãng đường vật rơi trong 5s: S5 = ½ gt52
Quãng đường vật rơi trong 2 giây cuối: S2 = S – S1 = S5
Bài 5: Một vật rơi tự do từ độ cao 50m, g = 10m/s2. Tính
a/ Thời gian vật rơi 1m đầu tiên.
b/ Thời gian vật rơi được 1m cuối cùng.
Hướng dẫn giải:
Bài 6: Một vật được thả rơi tự do không vận tốc đầu, g = 10m/s2.
a/ Tính đoạn đường vật đi được trong giây thứ 7.
b/ Trong 7s cuối cùng vật rơi được 385m. Xác định thời gian rơi của vật.
c/ Tính thời gian cần thiết để vật rơi 45m cuối cùng
Hướng dẫn giải:
a/ Quãng đường đi trong 6s đầu: S1 = ½ gt12 = 180m
Quãng đường vật đi trong 7s đầu: S2 = ½ gt22 = 245m
Quãng đường đi trong giây thứ 7: S’ = S1 – S2 = 65m
b/ Gọi t là thời gian rơi.
Quãng đường vật rơi trong thời gian t: S = ½ gt2
Quãng đường vật rơi trong ( t – 7 ) giây đầu: S3 = ½ g(t-7)2
Quãng đường vật rơi trong 7 giây cuối: S” = S – S3 = 385
Bài 7: Một vật rơi tự do trong 10 s. Quãng đường vật rơi trong 2s cuối cùng là bao nhiêu?, lấy g = 10m/s2.
Hướng dẫn giải:
Quãng đường vật rơi trong 10s: S1 = ½ gt12 = 500m
Quãng đường vật rơi trong 8s đầu: S2 = ½ gt22 = 320m
Quãng đường vật rơi trong 2s cuối cùng: S = S1 – S2 = 180m
Bài 8: Một vật rơi tự do không vận tốc đầu từ độ cao 45m xuống đất. Lấy g = 10m/s.
a. Tính thời gian rơi và tốc độ của vật khi vừa khi vừa chạm đất.
b. Tính thời gian vật rơi 10m đầu tiên và thời gian vật rơi 10m cuối cùng trước khi chạm đất.
Hướng dẫn giải:
Bài 9: Một vật rơi tự do không vận tốc đầu từ độ cao 80m xuống đất. Lấy g = 10m/s2. Tính:
a. Thời gian từ lúc bắt đầu rơi đến khi vật chạm đất và tốc độ của vật khi chạm đất
b. Quãng đường vật rơi được trong 2s đầu tiên và quãng đường vật rơi trong 2s cuối cùng trước khi chạm đất
Hướng dẫn giải:
Bài 10: Một vật được thả rơi tự do không vận tốc đầu từ độ cao h so với mặt đất. Cho g =10m/s2. Tốc độ của vật khi chạm đất là 30m/s.
a. Tính độ cao h, thời gian từ lúc vật bắt đầu rơi đến khi vật chạm đất.
b. Tính quãng đường vật rơi trong hai giây đầu và trong giây thứ hai.
Hướng dẫn giải:
Bài 11: Một vật được thả rơi tự do không vận tốc đầu từ độ cao h so với mặt đất. Cho g =10m/s2. Thời gian vật rơi là 4 giây.
a. Tính độ cao h, tốc độ của vật khi vật chạm đất.
b. Tính quãng đường vật rơi trong giây cuối cùng trước khi chạm đất.
Hướng dẫn giải:
a/ Độ cao lúc thả vật: S = ½ g.t2 = 80m
Tốc độ của vật khi chạm đất: v = g.t = 40m/s
b/ Quãng đường vật rơi trong 3s đầu: S1 = ½ g.t12 = 45m
Bài 12: Một vật được thả rơi tự do không vận tốc đầu từ độ cao h so với mặt đất. Cho g =10m/s2. Thời gian vật rơi 10 m cuối cùng trước khi chạm đất là 0,2s. Tính độ cao h, thời gian rơi và tốc độ của vật khi chạm đất.
Hướng dẫn giải:
Bài 13: Một vật rơi tự do không vận tốc đầu tại nơi có gia tốc trọng trường g. Trong giây thứ 3, quãng đường rơi được là 24,5m và tốc độ của vật khi vừa chạm đất là 39,2m/s. Tính g và độ cao nơi thả vật.
Hướng dẫn giải:
Quãng đường vật rơi trong 3 giây: S1 = ½ g.t12 = 4,5.g
Quãng đường vật rơi trong 2s đầu: S2 = ½ g.t22 = 2.g
Bài 14: Một vật được thả rơi tự do không vận tốc đầu từ độ cao h so với mặt đất tại nơi có gia tốc trọng trường g=10m/s2. Quãng đường vật rơi trong nửa thời gian sau dài hơn quãng đường vật rơi trong nửa thời gian đầu 40m. Tính h, thời gian rơi và tốc độ của vật khi chạm đất.
Hướng dẫn giải:
Quãng đường vật rơi nửa thời gian đầu: S1 = ½ g.(t/2)2 =1/8 g.t2
Quãng đường vật rơi nửa thời gian cuối S2 = 40 + S1 = 40 +1/8 g.t2
Quãng đường vật rơi: S = S1 + S2
Bài 1: Từ tầng 9 của một tào nhà, Nam thả rơi viên bi A. Sau 1s, Hùng thả rơi viên bi B ở tầng thấp hơn 10m. Hai viên bi sẽ gặp nhau lúc nào ( Tính từ khi viên bi A rơi ), g = 9,8 m/s2.
Hướng dẫn giải:
Chọn trục toạ độ thẳng đứng, chiều dương hướng xúong gốc toạ độ tại vị trí thả, gốc thời gian lúc bi A rơi.
t = 1,5sBài 2: Từ 1 đỉnh tháp cao 20m, người ta buông một vật. Sau 2s thì người ta lại buông vật thứ 2 ở tầng thấp hơn đỉnh tháp 5m. Chọn trục Oy thẳng đứng, gốc O ở đỉnh tháp, chiều ( + ) hướng xuống, thời gian lúc vật 1 bắt đầu rơi, g = 10m/s2
a/ Lập phương trình chuyển động và phương trình vận tốc của 2 vật.
b/ Hai vật có chạm đất cùng lúc không.
c/ Vận tốc lúc chạm đất của mỗi vật là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
Bài 3: Một viên bi A được thả rơi từ độ cao 30m. Cùng lúc đó, một viên bi B được bắn theo phương thẳng đứng từ dưới đất lên với v = 25m/s tới va chạm vào bi A. Chọn trục Oy thẳng đngứ, gốc O ở mặt đất, chiều dường hướng lên, gốc thời gian lúc 2 viên bi bắt đầu chuyển động, g = 10m/s2. Bỏ qua sức cản không khí.
a/ Lập phương trình chuyển động của mỗi viên bi.
b/ Tính thời điểm và tọa độ 2 viên bi gặp nhau.
c/ Vận tốc mỗi viên bi khi gặp nhau.
Hướng dẫn giải: