أمثلة على السقوط الحر هو ما يجب تسليط الضوء عليه من أجل معرفة مفهوم السقوط الحر للأجسام، وهذا ضمن عدد من القوانين التي أشار إليها نيوتن عن طريق جمع عدد من معادلات الحركة، إذ أن السقوط الحر هو حركة جسم ما باتجاه مركز الأرض دون وجود أي قوة مؤثرة عليه سوى قوة الجاذبية الأرضية.
أمثلة على السقوط الحر
قبل عرض مجموعة من أمثلة على السقوط الحر، لا بد من الإشارة إلى أنه لا بد من أن تكون قوة الجاذبية الأرضية هي القوة الوحيدة المؤثرة على الجسم حتى يحدث السقوط الحر، ومن أهم الأمثلة على ذلك نجد ما يلي:
أمثلة على السقوط الحر في الفيزياء
- سقوط الاجسام من ارتفاعات عالية، مثل سقوط كرة من مبنى أو طائرة من السماء.
- بالإضافة إلى حركة القذائف، مثل قذيفة مدفعية أو صاروخ.
- فضلًا عن حركة الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض في مدار دائري تحت تأثير الجاذبية الأرض.
- كما يمكن الإشارة إلى أهم أمثلة على السقوط الحر في الفيزياء عن طريق قفز الشخص من طائرة، وفتحه للمظلة قبل الوصول إلى الأرض.
- السقوط الحر في أنبوب هوائي، إذ يندفع الشخص في نفق هوائي عمودي باستخدام مروحة قوية.
- بالإضافة إلى وجود المركبات الفضائية في الفضاء دون نظام دفع، فضلًا عن أن رائد الفضاء يدور حول الأرض ويتحرك في مدار ثابت عن طريق سقوط حر ثابت.
- رمي الأجسام من برج عالي بشكل حر.
اقرأ أيضًا: من الكميات الأساسية في الفيزياء
أمثلة على السقوط الحر في الحياة اليومية
- سقوط قطرات الماء من المطر.
- سقوط حبيبات الرمل من الساعة الرملية.
- قذف الأجسام إلى الأعلى في خط مستقيم.
- بالإضافة إلى سقوط الأوراق من الأشجار.
- سقوط الطعام من على المائدة.
- قفز الحيوانات من الأشجار أو الصخور.
خصائص السقوط الحر
يشير نيوتن في قانون السقوط الحر إلى أن جميع الأجسام التي تسقط من نفس الارتفاع في مجال جاذبية متماثل تكتسب نفس السرعة في نفس الزمن، بغض النظر عن كتلتها، وتتمثل خصائصه فيما يلي:
- التسارع الثابت، إذ يتسارع الجسم الساقط بحرية بمعدل ثابت يعرف بتسارع الجاذبية الأرضية، وهو تقريباً 9.81 م/ث².
- بينما تزداد سرعة الجسم الساقط بحرية مع مرور الوقت.
- كما تزداد المسافة التي يقطعها الجسم الساقط بحرية مع مرور الوقت.
- في ظل ظروف مثالية لا تؤثر مقاومة الهواء على حركة الجسم الساقط بحرية.
- بغض النظر عن كتلة الجسم فإن جميع الأجسام تسقط بنفس المعدل في مجال جاذبية متماثل بدون مقاومة الهواء
اقرأ أيضًا: العالم الذي اكتشف السقوط الحر
معادلات الحركة والسقوط الحر
من أجل حل مسائل السقوط الحر وفهمه بشكل أدق لا بد من معرفة أهم القوانين التي تساعد في حل مسائله:
| القانون | المعادلات |
| السقوط الحر | W = m g |
| المسافة | S =½× g×t² h = h₀+ v₀t+½gt² |
| السرعة | V =g×t V = v₀+gt |
| الزمن | t =√(2s/g) t =(v-v₀)/g |
| الإزاحة | S = ut + 1/2at² |
| معادلة الحركة | v =u + at |
- بينما يشير W إلى الوزن، وM إلى الكتلة.
- g رمز تسارع الجاذبية الأرضية (9.81 م/ث²).
- t هو الوقت (بالثواني).
- v₀: سرعة الجسم الأولية (م/ثانية).
- S هي الإزاحة.
اقرأ أيضًا: جميع فيتامينات المجموعة ب ودورها في الجسم
حل مسائل أمثلة على السقوط الحر
من أجل فهم الأمثلة الدالة على مفهوم السقوط الحر، لا بد من حل مجموعة من المسائل باستخدام قوانين الحركة، وهذا بالشكل التالي:
1- يسقط جسم من ارتفاع 100 متر دون سرعة أولية. احسب: السرعة بعد 5 ثوان، والمسافة التي قطعها الجسم بعد 5 ثوان.
الحل:
السرعة بعد 5 ثوان:
- v = v₀ + gt
- 0= v+ (5×9.8
- v= 49 متر/ثانية.
المسافة التي قطعها الجسم بعد 5 ثوان
- h = h₀ + v₀t + ½gt²
- h = 100 + (0 ×5) + ½(9.8 ×5)²
- h= 222.5 متر.
2- تم رمي جسم كتلته 10 كجم من وضع السكون من أعلى لأسفل، إذ بدأ بالسقوط الحر تحت تأثير الجاذبية، وفي لحظة معينة وصل ارتفاع الجسم إلى 2 متر فوق سطح الأرض، وسرعته 2.5 م/ث، ما هو الارتفاع الذي سقط منه الجسم؟
الحل:
المعطيات:
- كتلة الجسم = 10 كجم
- السرعة النهائية= 2.5 متر/ثانية
- الارتفاع النهائي = 2 متر
- تسارع الجاذبية الأرضية = 9.81 م/ث²
المعادلات المستخدمة:
v = v₀ + at، حيث:
- v: السرعة النهائية
- v₀: السرعة الأولية (في هذه الحالة، السرعة الأولية = 0 م/ث لأن الجسم بدأ من السكون).
- a: التسارع (في هذه الحالة، التسارع = g = 9.81 م/ث²).
- t: الزمن.
h = h₀ + v₀t + ½at²، حيث:
- h: الارتفاع النهائي.
- h₀: الارتفاع الأولي.
- v₀: السرعة الأولية (في هذه الحالة، السرعة الأولية = 0 م/ث).
- a: التسارع (في هذه الحالة، التسارع = g = 9.81 م/ث²).
- t: الزمن.
خطوات الحل
- حساب الزمن: t = (v – v₀) / a
- الزمن= (2.5 – 0) / 9.81 = 0.255 ثانية.
- حساب الارتفاع الأولي: h₀ = h – v₀t – ½at²
- h₀ = 2 – 0 × 0.255 – ½ × 9.81 × (0.255)²
- = 3.27 متر.
هناك العديد من الأمور المندرجة ضمن أمثلة على السقوط الحر وأغلبها موجود في الفيزياء أو في حياتنا اليومية، مثل عمل المظلات ورحلات الفضاء، وحتى حالة القمر حول الأرض.