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一个苹果以自由落体运动掉下来,它的速度是多少?会不会越来越快?

一个苹果以自由落体运动掉下来,它的速度是多少?会不会越来越快?

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关于这个问题,首先我的答案是肯定的。如果是自由落体(不考虑空气阻力)掉落,速度毫无疑问越来越快。但是在现实世界中空气阻力是不可能忽略掉的,因此速度最终会达到一个终端速度。本文会从以下几个方面对此题目进行阐述与扩展:

1. 自由落体的物理学定义

2. 高中知识-打点计时器的相关介绍与计算

3. 自由落体的物理学研究发展历程—包含物理学家的观点及介绍

话不多少,我们开始今天的介绍。

一、 自由落体的物理学定义与物理学定律

笔者学习自由落体运动还是在高中的时候,相信大部分读者接触这个名词也是在高中的时候。自由落体,顾名思义,值得是物体只在重力作用下,由静止开始的运动,叫做自由落体运动。该运动需要同时满足两个条件:1.只受到重力(忽略空气阻力);2.初速度为零。自由落体运动是一种理想化的物理模型,因为其忽略掉了空气的阻力。

举一个最简单的例子,用手握住铁球,不施加任何外力的情况下轻轻松开手使其掉落,该运动模型可视为自由落体运动。

一个苹果以自由落体运动掉下来,它的速度是多少?会不会越来越快?

自由落体存在以下几点含义:

1.物体运动初始速度必须为0,若该初速度不为零则只能算作匀加速运动。

2.只受重力作用,不受其他作用力(或外力的合力为零)。

3.在真空状态下,例如真空管中,任何物体在相同高度做自由落体,下落时间相同。

二、高中知识-打点计时器的相关介绍与计算

高中时我们曾经用打点计时器学习过自由落体相关的知识,下面我们来简要的回忆下。

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打点计时器的介绍

打点计时器是利用交流电源进行计时测量的仪器,主要可以通过记录时间与位移之间的关系来探究匀变速直线运动加速度的求解方法-。通常来说。打点计时器的打点周期是0.02S,这也就意味着纸袋运动时,相邻之间点的时间差为0.02S。

那么如果运动是匀速直线运动时(即加速度为0的情况下),打点计时器所打出的纸带都是等间距的,我们可以通过测量点的间距来检测运动是否为匀速直线运动。

如果运动是匀加速直线运动(例如自由落体),那纸袋上的点距离是逐渐加大的,且通过计算可以得出变量。通过计算,我们也可以得出结论,检测物体时匀加速直线运动还是非匀变速直线运动。

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如同所示该图像表示的是某物体做匀变速直线运动,每一小段的矩形的底为T,相邻两个T的路程差,为两个梯形面积差,显然等于一个矩形。该矩形的底为T,高度h=Ta(斜率),面积是aT2,所以△s=aT2.

三、 自由落体的物理学研究发展历程—包含物理学家的观点及介绍

在很久以前,人们的日常经验大概会告诉他们,重的物体总是会降落的比较快,比如同一高度的苹果和树叶,比如1块铁和1根羽毛,一定是苹果和铁块率先落地。因此在16世纪以前的世界,物体下落的快慢由重力决定,物体越重下落的越快是毫无疑问的。

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如图为亚里士多德。

但是这一切都在16世纪戛然而止,意大利比萨大学的青年学者伽利略对此提出了质疑,他在1638年出版的《两种新科学的对话》中做出了如下评论,仅仅通过理论上的前后矛盾就使当时的物理学界震惊。

假定现在存在两块石头,一块大石头和一块小石头,如果按照以前的想法,大石头的降落速度肯定是要快于小石头的,那如果将两块石头绑在一起,按照理论,大石头会被小石头拖着而速度减慢,致使整个系统的速度应该小于单独大石头降落的速度。可是另一方面,整个系统的重量又大于单独的大石头,那降落速度又应该大于大石头,这岂不是自相矛盾吗?

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为了摆脱这一悖论,伽利略表达了自己的观点。他认为,重物与轻物在高度一致时应该是一同落地。传言伽利略曾在意大利著名建筑物比萨斜塔做过落体实验,但是后来又被否定。毋庸置疑的是,比萨斜塔成为了世界著名旅游纪念地。

在当时的物理学下,无法模拟出真空无空气阻力的环境,因此伽利略采用了间接验证方法:让一个小球从阻力很小的斜面滚落,通过上百次试验,有效将加速度降低为较小数值,使时间更容易测量。通过实验,他发现,光滑的斜面倾角保持不变,从不同高度使小球滚落,小球所通过的位移跟所用时间的平方之比是不变的。

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直到牛顿时代,发明了真空抽气机,才有了牛顿管,真正用实验证明了,在真空中,物体的下落速度与自身重力无关

总结

以上就是笔者简单对自由落体运动的认识,希望与大家分享,自由落体运动在历史发展中,由错误的历史观点,到伽利略勇于突破历史枷锁,说出自己的看法最终随着时间的推移,得到了验证。我们不只是需要掌握所需要了解的物理学知识,更有敢于质疑,敢于怀疑,勇于探索的精神。您觉得呢?

(本文写作过程中查阅过部分资料,希望广大读者不吝赐教,如有错误请指出。)

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