这节讲一下竖直方向上的另一种运动——竖直上抛运动。
竖直上抛运动是指,初速度竖直向上,运动过程中只受重力的运动。利用频闪照相技术可以得到,竖直上抛运动也是匀变速直线运动,而且加速度也是重力加速度g,只不过竖直上抛运动会先上升后下降。
其中上升过程是一个匀减速直线运动,到达最高点时速度减小为零;然后开始下降,做自由落体运动。
分析竖直上抛运动时,一般取初速度的方向为正,也就是竖直向上为正方向,抛出点为坐标原点,加速度是重力加速度g,方向竖直向下,与正方向相反,表示为。
将匀变速直线运动的三组公式中的位移用h表示,加速度用-g表示,就可以得到竖直上抛运动的运动学公式,即速度与时间的关系式为,表示初速度为定值时,末速度大小随时间发生变化;位移与时间的关系式为,表示初速度为定值时,高度随时间发生变化;速度与位移的关系式为,表示初末速度与位移之间的关系。
需要注意的是这些公式里的加速度g仅仅代表加速度的大小。
对于竖直上抛运动,除了基本公式,另一个重点是物体在最高点情况。此时速度为零,由得,这就是由抛出上升到最高点所用的时间。
同样的由得,这就是上抛过程所能达到的最大高度。由此可以看出,到达最高点的时间和高度只与初速度的大小有关,时间与初速度成正比,高度与初速度的平方正比。
有了这些公式,就可以方便的解决竖直上抛运动的问题,看一个例题。
一个热气球以竖直向上大小为40m/s的初速度匀速上升,在距离地面100m的时候,剪断吊舱外绑着重物的绳子,求重物离开热气球后多久才能落地()。
分析:悬挂着重物的热气球匀速向上升,在剪断绳子的瞬间,重物与热气球有着同样的运动状态,即相同的初速度,要继续向上运动一段后才开始下落,此时重物只受重力,由此判断出重物接下来做竖直上抛运动,利用竖直上抛运动的知识求解。
解:以重物为研究对象,设竖直向上为正方向,已知初速度,上升阶段的时间为,上升阶段末速度为0,由公式得;上升阶段的位移为,由公式得;下降阶段的高度,由自由落体公式得,所以运动总时间。
重物离开热气球后10s落地。
第二种解法,以重物为研究对象,设竖直向上为正方向,已知初速度,由公式带入数据得。
注意:对比两种方法,前一种分段计算,物体的运动过程简单明了,但是计算复杂;后一种方法更简单,但要注意物理量的矢量性。方法没有优劣,适合自己的就是最好的。
总结
初速度竖直向上,过程中只受重力的运动叫做竖直上抛运动。