Szabadesés

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

Szabadesés: test esése légüres gravitációs térben.

Ha egy tárgyat gravitációs térben elengedünk és a test esését befolyásoló tényezők hatása elhanyagolható, akkor a mozgás tekinthető szabadesésnek. A szabadon eső testre egy erő hat, mégpedig a Föld vonzóereje. Ilyen folyamat például egy elejtett acélgolyó mozgása. Ha azonban az esést nagymértékben befolyásolja egy mozgást akadályozó vagy elősegítő erő, akkor az elejtett test mozgása nem tekinthető szabadesésnek. Ilyen folyamat például egy papírlap ejtése, ami előre nem számítható, véletlenszerű mozgást végez. A papírlapra hat a Föld vonzóereje, és a közegellenállási erő. A közegellenállási erők eredőjének a függőleges irányú összetevője a Föld vonzóerejével ellentétes. Az oldalra való mozgást a vízszintes összetevő okozza.

A szabadon eső test egyenletesen gyorsuló mozgást végez. A gyorsulás oka a Föld vonzóereje. A Föld gravitációs vonzása által létrehozott gyorsulásnak a neve a nehézségi gyorsulás, ami egy vektor, jele: g, értéke a 45° szélességi körön 9,80665 m/s². Az északi és déli sarkon g=9,83 m/s², az Egyenlítőn pedig 9,78 m/s². A gravitációs gyorsulás értéke a Föld egy adott helyén minden testre állandó.

Ezért ha légüres térben azonos magasságból két acélgolyót egyszerre elengedünk, mindkettő egyszerre ér le, függetlenül a tömegüktől.

A szabadesésre a négyzetes úttörvény összefüggése érvényesül:

s=\frac \mathbf{g}{2}t^2,

ahol

  • s : a megtett út
  • g : a nehézségi gyorsulás
  • t² : az eltelt idő négyzete

A sebességre vonatkozó összefüggés:

g = v/t

Ahol

  • v : test sebessége

A testek súlyának változása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A Földön a testek súlya ill. a nehézségi gyorsulás értéke változó.

a) Függ a földrajzi helyzettől, szélességi fokonként különböző.

A sarkokon a legnagyobb, az Egyenlítőn a legkisebb.

Az Egyenlítőn: g = 9,78049 m/s²

A sarkokon: g = 9,83221 m/s²

b) A testek súlya ill. a gravitációs gyorsulása a magassággal változik.

Összefüggések:

G'=G\bigg({R\over R+h}\bigg)^2 illetve: g'=g\bigg({R\over R+h}\bigg)^2.

Ahol

  • G' a test súlya a Föld felszínétől tetszőleges h magasságban.
  • G a test súlya a Föld felszínén.
  • h a Föld felszínétől számított magasság.
  • R a Föld sugara (megközelítőleg 6370 kilométer)
  • g' a nehézségi gyorsulás a Föld felszínétől h magasságban.
  • g nehézségi gyorsulás a Föld felszínén.
c) A Föld rétegződése miatt.

A tengerszint magasságában azonos szélességi körön a nehézségi gyorsulás értéke, illetve a testek súlya különböző, a földrétegek eltérő sűrűsége miatt.

A súlytalanság állapota[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A szabadon eső testek súlytalanok, ugyanis a súly egy erő, mégpedig az az erő, amely nyomja az alátámasztást, vagy húzza a felfüggesztést. A szabadon eső test pedig nem nyomja az alátámasztást, és nem húzza a felfüggesztést, tehát súlytalan.

A súly és a tömeg nem keverendő[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Bár a hétköznapi szóhasználatban gyakran nem különböztetjük meg, de a tömeg és a súly között lényeges különbség van. Minden testnek, minden körülmények között a klasszikus fizika határain belül állandó tehetetlen tömege van.

Tömeg alatt a test tehetetlenségének a mértékét, a testben levő anyag mennyiségét értjük. Súlya azonban egy erő dimenziójú mennyiség, és ez változhat.

Vizsgáljuk meg egy asztalon nyugvó - egyensúlyban lévő - testre ható erőket. A testre két erő hat: a Föld vonzóereje, melynek iránya függőlegesen lefelé mutat, és az asztal, egy ugyanilyen nagyságú függőlegesen felfelé mutató erővel. A hatás-ellenhatás elvének megfelelően a test is nyomja az asztalt, ezen utóbbi erőnek az ellenerejével. Ez természetesen megint csak az előbbiekkel megegyező nagyságú erő.

Bizonyos tankönyvek a szabaderőt, azaz a nehézségi erőt, mások az alátámasztást nyomó kényszererőt nevezik súlynak.


Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Dr. Szalay Béla: Fizika, hatodik, átdolgozott kiadás, 48-50. oldal, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1979, ISBN 963-10-2661-2
  • Budó Ágoston: Kísérleti fizika I., Tankönyvkiadó, 1978
  • Négyjegyű függvénytáblázatok, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 96–97. oldal (Kinematika; Egyenes vonalú mozgások), Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest 1989, ISBN 963-19-9275-1