Bài 10: Sự rơi tự do

1. Kiến thức trọng tâm

Sự rơi tự do là chuyển động rơi của vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, bỏ qua sức cản của không khí. Trong thực tế, khi vật rơi trong không khí với tốc độ nhỏ và quãng đường ngắn, chuyển động gần đúng là rơi tự do.

Rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều theo phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới, với gia tốc là gia tốc rơi tự do $g$. Ở gần mặt đất, $g \approx 9,8\ \text{m/s}^2$, thường lấy $g = 10\ \text{m/s}^2$ trong bài tập. Nếu vật rơi từ trạng thái đứng yên, chọn chiều dương hướng xuống, gốc thời gian lúc bắt đầu rơi, các công thức là $v = g t$, $s = \frac{1}{2} g t^2$ và $v^2 = 2 g s$, trong đó $s$ là quãng đường rơi. Một kết quả quan trọng là mọi vật rơi tự do ở cùng một nơi đều có cùng gia tốc, không phụ thuộc khối lượng. Nhà bác học Galileo là người đầu tiên chứng minh điều này bằng thí nghiệm.

2. Ví dụ minh họa

Thả một hòn đá từ miệng giếng, sau $2\ \text{s}$ nghe tiếng đá chạm mặt nước. Lấy $g = 10\ \text{m/s}^2$, bỏ qua thời gian truyền âm. Tính độ sâu của giếng và vận tốc của hòn đá khi chạm nước.

Lời giải. Độ sâu của giếng bằng quãng đường rơi: $s = \frac{1}{2} g t^2 = \frac{1}{2} \cdot 10 \cdot 2^2 = 20\ \text{m}$. Vận tốc khi chạm nước: $v = g t = 10 \cdot 2 = 20\ \text{m/s}$.

3. Ghi nhớ

• Rơi tự do là chuyển động nhanh dần đều, chỉ chịu tác dụng của trọng lực.
• $v = g t$; $s = \frac{1}{2} g t^2$; $v^2 = 2 g s$ khi rơi từ trạng thái đứng yên.
• Mọi vật rơi tự do ở cùng một nơi có cùng gia tốc $g$.