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, amely egy vektor, jele: g, közelítő 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, légüres térben azonos magasságból két testet egyszerre elengedve, 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
  • t : az eltelt idő.

A sebességre vonatkozó összefüggés:

g = delta(v)/delta(t),

ahol *delta(v) a test sebességváltozását jelenti delta(t) idő alatt.

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. A közelítő értékek az alábbiak:

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 fizikában kétféle tömeget szokás megkülönböztetni. Egyrészt a test gyorsítása során fellépő tehetetlenségének a mértékét - tehetetlen tömeget (mt), másrészt a gravitációs kölcsönhatásban lévő, a testet jellemző ún. súlyos tömeget (ms) . Ez a kétfajta tömeg beláthatóan egyenlő (l.: Ekvivalenciaelv). A súly ezzel szemben egy erő amely nem egy adott testre jellemző állandó, hiszen függ a nehézségi gyorsulás (adott mozgó-koordinátarendszerbeli) értékétől.

Példaként most 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 visszanyomó kényszerereje. A hatás-ellenhatás elvének (Newton 3.axiómája) értelmében a test is nyomja az asztalt, épp a nehézségi gyorsulásnak megfelelő erővel, ez utóbbi erőt hívjuk súlynak. További példaként említendő, ha pl. az asztal függőlegesen felfelé állandó g gyorsulással mozog, Földi-erőtérben, akkor a test súlya megduplázódik. Ha az asztal lefelé mozogna g gyorsulással, azaz a Földi gravitációs erővektorok értelmével azonosa, akkor a test súlya zérus. Látjuk tehát, hogy valóban a súly változhat, állandó (klasszikus fizika határain belűl) tömeg mellett.

Bizonyos tankönyvek a szabaderőt, azaz a nehézségi erőt, mások az alátámasztást nyomó erőt nevezik súlynak, a korrekt definíció szerint nyílván az utóbbi a helyes, bár egyes alkalmazásokban elfogadjuk az elsőt is, persze másfajta terminológiában.

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]