Sự rơi tự do trong không khí, Công thức tính độ cao h hay Quãng đường, Vận tốc của vật khi chạm đất - Vật lý 10 bài 4

09:17:2025/09/2019

Khái niệm về sự rơi tự do có lẽ không xa lạ với hầu hết chúng ta, bởi hiện tượng vật lý này xảy ra khá thường xuyên xung quanh chúng ta. Nhưng cũng không ít bạn chưa biết tại sao ở cùng 1 độ cao thì 1 hòn đá rơi nhanh xuống đất hơn 1 chiếc lá.

Để trả lời câu hỏi trên, chúng ta cùng đi tìm hiểu về sự rơi trong không khí và sự rơi tự do là gì? Khi đó độ cao h hay quãng đường vật di chuyển được tính theo công thức nào? Vận tốc khi vật chạm đất tính ra sao? chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

I. Sự rơi trong không khí và sự rơi tự do

1. Sự rơi của các vật trong không khí

a) Thả một vật từ một độ cao nào đó chuyển động không có vận tốc đầu, vật sẽ chuyển động xuống phía dưới. Đó là sự rơi của vật.

Dưới đây là một số thí nghiệm để xem trong không khí vật nặng có luôn luôn rơi nhanh hơn vật nhẹ hay không?

Trong các thí nghiệm này ta đổng thời thả nhẹ nhàng hai vật rơi xuống từ cùng một độ cao, rổi quan sát xem vật nào rơi tới đất trước.

- Thí nghiệm 1.Thả một tờ giấy và một hòn sỏi (nặng hơn tờ giấy).

- Thí nghiệm 2.Như thí nghiệm 1, nhưng giấy vo tròn và nén chặt.

- Thí nghiệm 3.Thả hai tờ giấy cùng kích thước, nhưng một tờ giấy để phẳng còn tờ kia thì vo tròn và nén chặt lại.

- Thí nghiệm 4.Thả một vật nhỏ (chẳng hạn, hòn bi ở trong líp của xe đạp) và một tấm bìa phẳng đặt nằm ngang.

b) Như vậy ở:

- Thí nghiệm 1: Vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ (hòn sỏi rơi nhanh hơn)

- Thí nghiệm 4: Vật nhẹ rơi nhanh hơn vật nặng (hòn bi nhỏ rơi nhanh hơn một tấm bìa phẳng đặt nằm ngang).

- Thí nghiệm 3: Hai vật nặng như nhau lại rơi nhanh – chậm khác nhau.

- Thí nghiệm 2: Hai vật nặng – nhẹ khác nhau lại rơi nhanh như nhau

c) Sau khi tiến hành thí nghiệm, ta thấy : Không thể nói trong không khí, vật nặng bao giờ cũng rơi nhanh hơn vật nhẹ.

2. Sự rơi của các vật trong chân không (sự rơi tự do)

- Newton làm thí nghiệm với một ống thuỷ tinh trong có chứa một hòn bi chì và một cái lông chim.

- Cho hai vật nói trên rơi ở trong ống còn đầy không khí thì hòn bi chì rơi nhanh hơn cái lông chim.

- Hút hết không khí ở trong ống ra, rồi cho hai vật nói trên rơi ở trong ống thì thấy chúng rơi nhanh như nhau.

ống newton * Kết luận

- Từ nhiều thí nghiệm như trên, ta đi đến kết luận : Nếu loại bỏ được ảnh hưởng của không khí thì mọi vật sẽ rơi nhanh như nhau. Sự rơi của các vật trong trường hợp này gọi là sự rơi tự do.

- Thực ra, muốn có sự rơi tự do ta còn phải loại bỏ nhiều ảnh hưởng khác nữa như ảnh hưởng của điện trường, của từ trường... Vì vậy, khái niệm chính xác về sự rơi tự do là :

⇒ Sự rơi tự do là sự rơi chỉ dưới tác dụng của trọng lực.

II. Nghiên cứu sự rới tự do của các vật

1. Những đặc điểm của chuyển động rơi tự do

a) Phương của chuyển động rơi tự do là phương thẳng đứng.

b) Chiều của chuyển động rơi tự do là chiều từ trên xuống dưới.

c) Chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều.

- Công thức tính vận tốc của vật rơi tự do là: v = g.t

trong đó $g$ là gia tốc của chuyển động rơi tự do, gọi tắt là gia tốc rơi tự do.

d) Công thức tính quãng đường đi được của vật rơi tự do: $small s=frac{1}{2}gt^{2}$

trong đó $s$ là quãng đường đi được, còn $t$ là thời gian rơi.

2. Gia tốc rơi tự do

- Tại một nơi nhất định trên Trái Đất và ở gần mặt đất, các vât đều rơi tự do với cùng một gia tốc $g .$

- Tuy nhiên, ở những vĩ độ khác nhau, gia tốc rơi tự do sẽ khác nhau.

* Ví dụ:

Ở địa cực, $g$ lớn nhất : $g \approx 9, 8324 m / s^{2}$

Ở xích đạo, g nhỏ nhất : $g \approx 9, 7805 m / s^{2} .$

Ở Hà Nội, $g \approx 9, 7872 m / s^{2} .$

Ở Thành phố Hồ Chí Minh, $g \approx 9, 7867 m / s^{2} .$

- Nếu không đòi hỏi độ chính xác cao, ta có thể lấy $g \approx 9, 8 m / s^{2}$ hoặc $g \approx 10 m / s^{2} .$

$g \approx 10 m / s^{2} .$

$g \approx 10 m / s^{2} .$

$g \approx 10 m / s^{2} .$

$g \approx 10 m / s^{2} .$

$g \approx 10 m / s^{2} .$

$g \approx 10 m / s^{2} .$

$g \approx 10 m / s^{2} .$

$g \approx 10 m / s^{2} .$

$g \approx 10 m / s^{2} .$

$g \approx 10 m / s^{2} .$

- Phương của sự rơi tự do: thẳng đứng

- Chiều: từ trên xuống dưới

- Chuyển động là chuyển động thẳng nhanh dần đều với vận tốc đầu bằng 0, gia tốc là g có chiều và độ lớn không đổi tại một nơi cố định trên (gần) mặt đất.

* Bài 5 trang 27 SGK Vật Lý 10: Trong trường hợp nào các vật rơi tự do với cùng một gia tốc g?

$g \approx 10 m / s^{2} .$

- Tại một nơi nhất định trên Trái Đất và ở gần mặt đất, các vật đều rơi cùng một gia tốc g.

* Bài 6 trang 27 SGK Vật Lý 10: Viết các công thức vận tốc và quãng đường đi được của sự rơi tự do.

$g \approx 10 m / s^{2} .$

◊ Công thức tính vận tốc của sự rơi tự do: v = g.t

Trong đó, g là gia tốc của chuyển động rơi tự do, gọi tắt là gia tốc rơi tự do

◊ Công thức tính quãng đường đi được của sự rơi tự do: $small S=frac{1}{2}gt^{2}$

Trong đó: S là quãng đường đi được, còn t là thời gian rơi.

* Bài 7 trang 27 SGK Vật Lý 10: Chuyển động của vật nào dưới đây sẽ được coi là sự rơi tự do nếu được thả rơi?

A. Một cái lá cây rụng

B. Một sợi chỉ

C. Một chiếc khăn tay

D. Một mẩu phấn

$g \approx 10 m / s^{2} .$

- Chọn đáp án: D. Một mẩu phấn

Vì một mẩu phấn vì viên phấn nhỏ, nhọn nên chịu ít sức cản của không khí.

$g \approx 10 m / s^{2} .$

B. Chuyển động của một hòn sỏi được ném theo phương nằm ngang.

C. Chuyển động của một hòn sỏi được ném theo phương xiên góc.

D. Chuyển động của một hòn sỏi được thả rơi tự xuống.

$g \approx 10 m / s^{2} .$

- Chọn đáp án: D. Chuyển động của một hòn sỏi được thả rơi tự xuống.

Vì sự rơi tự do có đặc điểm chuyển động của vật theo chiều từ trên xuống dưới theo phương thẳng đứng.

* Bài 9 trang 27 SGK Vật Lý 10: Thả một hòn đá từ một độ cao h xuống đất. Hòn đá rơi trong 1 s. Nếu thả hòn đá đó từ độ cao 4 h xuống đất thì hòn đá rơi trong bao lâu?

A. 4s B. 2s C. small sqrt{2} s. D. Đáp án khác

$g \approx 10 m / s^{2} .$

◊ Chọn đáp án: B. 2s.

- Vì ta có: $small s=h=frac{1}{2}gt^{2}Rightarrow t=sqrt{frac{2h}{g}}$ nên thời gian vận rơi hết độ cao 4h là:

$small t'=sqrt{frac{2(4h)}{g}}=2sqrt{frac{2h}{g}}=2t$

- Theo bài ra vật rơi từ độ cao h xuống đất hết 1s nên ⇒ t' = 2t = 2.1 = 2s.

* Bài 10 trang 27 SGK Vật Lý 10: Một vật nặng rơi từ độ cao 20 m xuống đất. Tính thời gian rơi, vận tốc của vật khi chạm đất. Lấy g = 10 m/s².

$g \approx 10 m / s^{2} .$

- Thời gian mà vật nặng rơi từ độ cao 20m là:

$small dpi{100} small s=frac{1}{2}gt^{2}Rightarrow t=sqrt{frac{2s}{g}}=sqrt{frac{2.20}{10}}=2(s)$

- Vận tốc khi vận chạm đất là:

small v=g.t=10.2=20(m/s)

* Bài 11 trang 27 SGK Vật Lý 10: Thả một hòn đá rơi từ miệng một cái hang sâu xuống đến đáy. Sau 4 s kể từ lúc bắt đầu thả thì nghe tiếng hòn đá chạm vào đáy. Tính chiều sâu của hang. Biết vận tốc truyền âm trong không khí là 330 m/s. Lấy g = 9,8 m/s².

$g \approx 10 m / s^{2} .$

◊ Giai đoạn 1:

- Vật rơi tự do tức vật chuyển động nhanh dần đều trong hang sâu

→ Thời gian vật rơi tự do hết chiều sâu (h) của hang là: $small t_{1}=sqrt{frac{2h}{g}}$

◊ Giai đoạn 2:

- Khi đá chạm vào đáy, sóng âm thanh do va chạm sẽ truyền thẳng đều lên trên

→ thời gian âm thanh chuyền từ đáy lên miệng hang là: $small t_{2}=frac{h}{v_{amthanh}}=frac{h}{330}$

- Theo đề bài khoảng thời gian từ lúc bắt đầu thả đến lúc nghe thấy tiếng là t = 4s nên ta có: t = t₁ + t₂ = 4s

$small Rightarrow sqrt{frac{2h}{g}}+frac{h}{330}=4Leftrightarrow hsimeq 70,3(m)$

* Bài 12 trang 27 SGK Vật Lý 10: Thả một hòn sỏi từ trên gác cao xuống đất. Trong giây cuối cùng hòn sỏi rơi được quãng đường 15 m. Tính độ cao của điểm từ đó bắt đầu thả hòn sỏi. Lấy g = 10 m/s².

$g \approx 10 m / s^{2} .$

- Gọi độ cao ban đầu của viên sỏi là h (m) thời gian rơi hết độ cao h là t, ta có:

$small h=frac{1}{2}gt^{2}$ (1)

- Quãng đường vật rơi được trước khi chạm đất 1 giây (tức là rơi được t’ = t - 1 s) là:

$small h'=frac{1}{2}g(t-1)^{2}$ (2)

- Theo bài ra thì: h – h’ = 15 (3)

- Ta thế (1), (2) vào (3) ta có:

$small frac{1}{2}gt^{2}-frac{1}{2}g(t-1)^{2}=15$

- Giải phương trình này ta được t = 2s ⇒ h = 20(m).

Hy vọng với bài viết về Sự rơi tự do trong không khí, Công thức tính độ cao H hay Quãng đường, Vận tốc của vật khi chạm đất và bài tập vận dụng ở trên hữu ích cho các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em vui lòng để lại bình luận dưới bài viết để HayHocHoi.Vn ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tập tốt.

¤ Các bài viết xem nhiều:

» Bài 2: Chuyển Động Thẳng Đều

» Bài 3: Chuyển Động Thẳng Biến Đổi Đều

» Bài 5: Chuyển Động Tròn Đều

» Bài 6: Tính Tương Đối Của Chuyển Động – Công Thức Cộng Vận Tốc

¤ Xem thêm các bài viết khác:

» Mục lục SGK Vật lý 10 Lý thuyết và Bài tập

» Mục lục SGK Hóa học 10 Lý thuyết và Bài tập