自由落体的运动特点,自由落体运动的中间过程

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-05-14 22:24:11

可以发现,球下落的速度,大约是每1/5秒增加2m/s,它向下稳定增加,与此对应的是一个恒定向下的加速度。在整个下落的过程中,保龄球的速度大约向下增加了10米/秒。也就是加速度为10m/s2。这并不是巧合。对于自由落体的球,它的下落加速度大约是10m/s2。它的速度以大约10m/s2稳定增加。如果我画出球下落时位置和速度随时间的变化,如下图:

自由落体的运动特点,自由落体运动的中间过程(5)

这就是恒定向下加速度的体现。自由落体运动的球,总是以重力加速度加速下落。稳定向下增加的速度,造成了位置图向下弯曲。是什么造成了运动曲线的弯曲呢?要回到这个问题,我们需要看看球是怎么从静止下落的,它的加速度随时间的变化,速度随时间的变化和位置随时间的变化。首先,球是如何从静止开始下落的。它的加速度与时间的关系很简单。这是自由落体运动的球,它的加速度是常数,就是重力加速度,大约是向下10m/s2,我们用g来表示。所以球的加速度就是g,与时间没有关系。第二个问题,从静止开始下落的球的速度与时间的关系。这次,时间不再无关紧要,因为球的速度从0开始,但因为它的加速度是向下的,所以速度的改变量是向下的,并且越来越大。从静止开始下落1秒以后,大约达到了向下每秒10米的速度,2秒以后,大约达到20m/s… 那速度和时间之间的关系式是怎样的呢?从静止开始下落的球的速度变化很简单,就是加速度g乘以时间:

自由落体的运动特点,自由落体运动的中间过程(6)

所以,这是一个直线方程。当你画出从静止下落的球的速度随时间的变化图,你会得到一条直线。直线的斜率是g,也就是重力加速度。

接下来考虑位置变化。从静止开始下落的球的位置变化要复杂一些。因为要确定球从开始下落了多远的距离,我们必须知道所考虑的时间内球的平均速度。我们用球下落的平均速度来计算它的位置,而球的最新位置等于它的平均速度乘以时间。这就带来了一个新的问题:从静止开始下落的球的平均速度是多少呢?物理学中很多情况下,计算平均速度是比较困难的,而这是个特殊情况,我们可以很容易算出来。从静止下落的球的平均速度就是初始速度和最终速度的平均值。我们已经知道球下落的速度与时间的关系图,速度等于g乘以时间。初始速度为0,最终速度是g*t,所以0和g*t的平均值是1/2 g*t,这就是从静止开始下落的球的平均速度。用下落的时间乘以平均速度1/2 g*t,我们可以得到从静止下落的球在时间t的位置1/2 g*t2。

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