Vi har alla släppt något av misstag och sett det falla till marken. Men vad händer egentligen i det ögonblicket? Och hur kan vi fysikaliskt beskriva vad som händer? Det ska vi förklara i denna artikel om fritt fall.
Vad är fritt fall?
Ett föremål befinner sig i fritt fall om det endast påverkas av gravitationskrafter
Men luftmotståndet då? Kanske du undrar. För att förenkla beräkningarna och för att det inte påverkar jättemycket (typ), så väljer vi oftast att försumma luftmotståndet. Därför definieras fritt fall som det tillstånd där ett objekt endast påverkas av gravitationen. Om du tappar en penna, kommer den att börja falla mot jorden. Detta eftersom gravitationskraften, som drar alla objekt mot jordens mitt, verkar.
Viktiga element i fritt fall
När vi pratar om fritt fall, finns det några centrala begrepp att förstå och ha koll på:
- Acceleration: I fritt fall accelererar objekt med en konstant hastighet på cirka 9.82 m/s² på jorden, oavsett objektets massa. Denna acceleration skiljer sig åt mellan olika himlakroppar.
- Starthastighet: Om objektet börjar från vila, är starthastigheten 0. Men om det kastas nedåt, kommer starthastigheten vara större än 0. Det är viktigt att ha koll på i uppgifter.
Formler vid beräkning av fritt fall
Det finns några grundläggande formler som används för att beräkna egenskaper i fritt fall. Dessa formler finns alla i formelsamlingen för fysik. Kom ihåg att accelerationen är känd vid fritt fall (9,82).
Fritt fall i det verkliga livet
Fritt fall syns överallt i vardagen. Allt ifrån då en bok faller från en hylla till regndroppar som faller från himlen. Dock är fritt fall sällan ”perfekt” i det verkliga livet, eftersom faktorer som luftmotstånd kan påverka hur objekt faller.
[bilder på fritt fall i verkliga livet]
Exempeluppgift – Fritt fall med lösningsförslag
Anta att du släpper en boll från ett torn som är 20 meter högt. Hur lång tid tar det för bollen att nå marken?
[bild som visar situationen]
Lösningsförslag:
I detta fall är vi intresserade av att hitta t (tiden). Vi vet att startfarten v0 =0 (eftersom bollen släpps, inte kastas), höjden är h=20 meter och gravitationsaccelerationen g=9.82 m/s². Vi kollar därför bland formelrna som finns ovanför och ser att den andra formeln innehåller både en sträcka, starthastighet, acceleration och en tid. Vi vet 3 av 4 obekanta! Då kan vi sätta in dessa värden i vår formel, vilket till slut ger oss tiden:
20 = 0t + 0.5*9.82*t².
Detta förenklas till:
20 = 4.91t².
För att lösa denna ekvation för t, delar vi båda sidorna med 4.91, vilket ger oss:
t² = 20 / 4.91 ≈ 4.07.
För att få t, tar vi kvadratroten ur båda sidorna, vilket ger oss:
t ≈ √4.07 ≈ 2.01 sekunder.
Svar: Det tar ungefär 2.01 sekunder för bollen att falla från tornet till marken.
Quiz – Har du förstått?
- Vad är fritt fall?
- (a) Ett objekt som faller med konstant hastighet
- (b) Ett objekt som faller med konstant acceleration
- (c) Ett objekt som faller utan gravitation
- Vad är tyngdaccelerationen på jorden?
- (a) 10 m/s²
- (b) 9.82 m/s²
- (c) 9.6 m/s²
- Vad händer med ett objekts hastighet när det faller fritt?
- (a) Den minskar
- (b) Den ökar
- (c) Den förblir konstant
- Vad påverkar luftmotståndet mest?
- (a) Objektets vikt
- (b) Objektets form och storlek
- (c) Objektets färg
- Vilken av följande formler kan användas för att beräkna hur långt ett objekt har fallit?
- (a) v = v0 + gt
- (b) h = v0t + 0.5gt²
- (c) a = v / t
Quiz svar: 1(b), 2(b), 3(b), 4(b), 5(b)
För mer hjälp med fysik besök vår begreppssamling med förklaringar eller uppgiftsbank med övningsuppgifter om fysikbegrepp och koncept och såklart finns det lösningar! Allt för att du ska förstå fysiken så bra som möjligt. Du hittar även en komplett formelsamling som du får ta med dig till Kursprovet! Och kom ihåg, oavsett om du är en student som behöver hjälp med dina fysikuppgifter eller bara nyfiken på ett begrepp, finns det alltid hjälp att få, och nya saker att lära!