Согласно 2 закону ньютона ускорение свободного падения тела обратно пропорционально его массе . почему же при свободном падении ускорения всех тел одинаковы ?

Соколов Андрей Михайлович

Преподаватель Физтех-лицея

Проверено учителем

Это классический парадокс, который часто сбивает с толку при изучении физики. Проблема заключается в том, что при увеличении массы тела одновременно и пропорционально меняются два разных параметра, которые в итоге уравновешивают друг друга. 1. Масса как мера инертности Согласно второму закону Ньютона, ускорение aa действительно обратно пропорционально массе mm: a=Fma equals the fraction with numerator cap F and denominator m end-fraction Это означает, что чем тяжелее тело, тем сложнее его сдвинуть с места или изменить скорость его движения. Для получения того же ускорения, что и у легкого тела, к тяжелому телу нужно приложить большую силу. 2. Масса как источник гравитации Согласно закону всемирного тяготения, сила тяжести Fтяжcap F sub т я ж end-sub, действующая на тело со стороны Земли, прямо пропорциональна массе этого тела: Fтяж=GMmR2cap F sub т я ж end-sub equals cap G the fraction with numerator cap M center dot m and denominator cap R squared end-fraction Где Mcap M — масса Земли, Rcap R — расстояние до центра Земли, а Gcap G — гравитационная постоянная. В упрощенном виде для поверхности Земли это выглядит так: Fтяж=mgcap F sub т я ж end-sub equals m center dot gТаким образом, чем больше масса тела, тем с большей силой Земля притягивает его к себе. 3. Почему ускорение остается неизменным? Теперь объединим эти два положения. Чтобы найти ускорение свободного падения, подставим формулу силы тяжести во второй закон Ньютона: a=Fтяжm=mgma equals the fraction with numerator cap F sub т я ж end-sub and denominator m end-fraction equals the fraction with numerator m center dot g and denominator m end-fraction Как видно из уравнения, масса mm в числителе (отвечающая за силу притяжения) и масса mm в знаменателе (отвечающая за инертность) сокращаются: a=ga equals gИтог Ускорение всех тел при свободном падении одинаково, потому что во сколько раз увеличивается масса тела (затрудняя его разгон из-за инерции), во столько же раз увеличивается и сила, с которой Земля тянет это тело вниз. Эти два эффекта идеально компенсируют друг друга. В условиях вакуума, где отсутствует сопротивление воздуха, перо и молоток будут падать с одинаковым ускорением именно по этой причине. Я могу рассчитать для вас силу тяжести или ускорение свободного падения для других планет, если вам интересно сравнить их с земными показателями.

Форма ответа

Ваш аватар