Sự rơi tự do là gì? Các dạng bài tập về sự rơi tự do

Sự rơi tự do là gì? Đây là một kiến thức quan trọng trong chương trình vật lý 10 THPT. Đây cũng là kiến thức có trong chương trình thi THPT Quốc Gia. Trong bài viết này, hãy cùng ihoc ôn luyện lại nội dung kiến thức về chuyển động tự do này nhé.

Sự rơi tự do là gì?

Sự rơi tự do (hay chuyển động rơi tự do) là sự rơi của các vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực.

Tìm hiểu sự rơi của các vật trong không khí là gì?

Các vật rơi trong không khí diễn ra nhanh chậm khác nhau là do lực cản của không khí tác dụng vào chúng khác nhau.

Tìm hiểu sự rơi của các vật trong chân không (sự rơi tự do) là gì?

Nếu loại bỏ được ảnh hưởng của không khí tác dụng vào mọi vật thì chúng sẽ rơi nhanh như nhau. Sự rơi của các vật trong trường hợp không chịu tác động của không khí được gọi là sự rơi tự do.

Như vậy, chúng ta đã cùng ôn lại lý thuyết sự rơi tự do là gì. Cùng SGK Online điểm qua phần công thức, tính chất và các dạng bài tập thường gặp về sự rơi tự do.

Tính chất của chuyển động rơi tự do là gì?

• Phương của chuyển động rơi tự do là phương thẳng đứng (còn được gọi phương của dây dọi).
• Chiều của sự rơi tự do là chiều từ trên xuống dưới.
• Tính chất của chuyển động: Chuyển động rơi tự do được gọi là chuyển động thẳng nhanh dần đều.

Công thức chuyển động rơi tự do của một vật

Trong đó:

• s: được gọi là quãng đường vật rơi được (m)
• v: được gọi là vận tốc của vật tại thời điểm t
• g: được gọi là gia tốc rơi tự do, g có giá trị g = 9.8m/s² hoặc g = 10m/s²

Nếu vật được thả rơi thì v₀ = 0

Gia tốc rơi tự do

Có ý kiến cho rằng, gia tốc chính là một phần rất quan trọng khi nhắc đến lý thuyết sự rơi tự do là gì? Điều này rất chính xác, gia tốc tự do là một yếu tố then chốt trong công thức chuyển động tự do.

Tại 1 nơi nhất định trên Trái Đất và ở gần mặt đất, các vật đều rơi tự do với cùng một gia tốc, kí hiệu là g.

• Ở những nơi khác nhau, gia tốc rơi tự do cũng sẽ khác nhau
• Ở địa cực g lớn nhất: g = 9.8324 m/s²
• Ở xích đạo g nhỏ nhất: g = 9.7872 m/s²

Nếu đề bài không yêu cầu độ chính xác cao, ta có thể lấy g = 9.8m/s² hoặc g = 10m/s²

Sơ đồ tư duy về sự rơi tự do là gì?

Các dạng bài tập về sự rơi tự do của một vật

Dạng 1: Tìm quãng đường S, vận tốc v và thời gian t

Để giải bài tập sự rơi tự do ở dạng này, ta sẽ áp dụng các công thức như sau:

• ​s = h = ½ gt²
• t = sqrt(2s/g)
• v = gt = sqrt(2gs)

Ví dụ 1: Một vật rơi tự do từ độ cao 20m xuống đất, gia tốc g = 10m/s². Hãy tính thời gian (t) để vật rơi chạm mặt đất và vận tốc (v) của vật lúc vật vừa chạm mặt đất.

Giải:

• Thời gian t vật rơi đến đất là: t = sqrt (2S/g) = sqrt (2.20/10) = 2 (s)
• Vận tốc v của vật khi vừa chạm mặt đất là: v = gt = 10.2 = 20 (m/s)

Dạng 2: Tìm quãng đường S đi được trong t giây

• Trong t (s) quãng đường (S1) vật sẽ đi được là: S1 = v₀.t + ½ g.t²
• Trong (t-1) giây quãng đường (S2) vật sẽ đi là: S1 = v₀.(t -1) + ½ g.(t -1)²
• Trong giây thứ t quãng đường vật sẽ di chuyển được là: 🛆S = S1 – S2

Dạng 3: Tìm quãng đường S đi được trong n giây cuối

• Trong t (s) quãng đường vật sẽ đi được là: S1 = v₀.t + ½ g.t²
• Trong (t-n) (s) quãng đường vật sẽ đi được là: S2 = v₀.(t – n) + ½ g.(t – n)²
• Trong n (s) cuối cùng quãng đường vật sẽ đi được là: 🛆S = S1 – S2

Ví dụ 3: Một quả nặng rơi tự do ở một địa điểm có độ cao bất kì có gia tốc g = 10 m/s². Tính:
a, Quãng đường S quả nặng rơi được trong 5 giây đầu tiên.
b, Quãng đường S quả nặng rơi trong giây thứ 5.
c, Trong 2 (s) cuối cùng trước khi chạm mặt đất quả nặng sẽ rơi tự do được quãng đường S = 144m. Hãy tính thời gian t rơi và độ cao ban đầu h của quả nặng lúc thả.

Giải:

a, Quãng đường quả nặng rơi trong 5s đầu tiên là: S(5s) = ½ g.t₅² = ½ .10.5² = 125m

b, Quãng đường quả nặng rơi trong 4s đầu là: S(4s) = ½ g.t₄² = ½ .10.₄² = 80m

Quãng đường quả nặng rơi trong giây thứ 5 là: S = S(5s) – S(4s) = 125 – 80 = 45m

c, Quãng đường quả nặng rơi trong t giây: S1 = ½ g.t²

Quãng đường quả nặng rơi trong (t – 2) giây là: S2 = ½ g.(t – 2)²

Quãng đường quả nặng rơi trong 2 giây cuối là: S = S1 – S2 ⇒ 144 = ½ g.t² – ½ g.(t – 2)²
Suy ra, ⇔144 = 2.g.t + 4 = 2.10t + 4 ⇔ t = 7s

Suy ra độ cao lúc thả vật là: h = ½ .g.t² = ½ .10/7² = 245m

Bài tập vận dụng các công thức rơi tự do

Để làm được dạng bài này, bạn cần hiểu được khái niệm sự rơi tự do là gì, cũng như biết được công thức sự rơi tự do.

Bài 1: Thả rơi tự do một vật khối lượng 2kg từ độ cao 180m xuống mặt đất, Lấy g=10m/s^2.
a, Tính quãng đường (tính S) vật rơi được trong giây cuối cùng.
b, Tính vận tốc (tính v) của vật trước khi vật chạm đất 2 giây.

Giải:
a, h = 0.5.g.t², suy ra t = 6s / S(6s) = 0.5.g.6² – 0,5.g.5² = 55mm
b, v = g (6-2) = 44m/s

Bài 2: Quãng đường S rơi được trong giây cuối cùng của vật rơi tự do là 63.7m. Tính độ cao thả vật (tính h), thời gian (t) và vận tốc (v) của vật khi chạm đất, lấy g=9,8 m/s².

Giải:
Gọi t là thời gian vật rơi đến khi chạm đất, suy ra, quãng đường vật rơi trong giây cuối bằng quãng đường vật rơi chạm đất trừ đi quãng đường vật rơi trước đó 1s (t – 1).
S_t = 0.5.g.t² – 0.5g.(t -1)² = 63.7 t = 7s
h = 0.5gt² = 240.1m
v = gt = 68.6 m/s

Bài 3: Thả 1 vật rơi tự do ở độ cao 80m so với mặt đất. Lấy g = 10m/s², một giây sau cũng tại nơi đó một vật khác được ném thẳng đứng hướng xuống với vận tốc v₀. Hai vật chạm đất cùng lúc xác định v0.

Giải:
Gọi t là thời gian vật 1 thả rơi tự do chạm đất, ta có t = sqrt (2h/g) =4s
Thời gian hai vật chạm đất là t₂ = t – 1 = 3s
Suy ra, h = v_ot² + ½ gt₂² ⇒ v₀ = 35/3 m/s

Bài 4: Ở độ cao 300m so với mặt đất trên 1 khinh khí cầu, người ta thả một vật rơi tự do. Tính thời gian t vật chạm đất trong các trường hợp sau: (lấy g=9.8m/s²)
a, Khi Khí cầu đang đứng yên một chỗ.
b, Khi Khí cầu chuyển động thẳng đều đi lên với vận tốc v₀ = 4.9m/s
c, Khi Khí cầu chuyển động thẳng đều đi xuống với vận tốc v₀ = 4.9m/s

Giải:
a, Khí cầu đứng yên v0 = 0, h = ½ gt² ⇒ t = 7.8s
b, Khí cầu chuyển động thẳng đều đi lên với vận tốc v0 = -4.9m/s, h = v₀t + ½ gt² ⇒ t = 8.3s
c, Khí cầu chuyển động thẳng đều đi xuống với vận tốc v0 = 4.9m/s, h = v₀t + ½ gt² ⇒ t = 7.3s

Bài viết này là đã tổng hợp lại nội dung kiến thức của sự rơi tự do là gì. Đồng thời, nhắc cho các bạn nhớ một vài dạng bài tập cơ bản về chuyển động tự do. Hãy ghi chú lại các công thức, kiến thức trọng tâm để làm thật tốt các bài tập, đạt điểm cao trong các kì thi sắp tới nhé.

• Có thể bạn quan tâm: Bảng tính tan và độ tan: khái niệm, ý nghĩa, cách ghi nhớ