Nội Dung Định Luật Rơi Tự Do Và Ví Dụ Chi Tiết

Định luật rơi tự do là một kiến thức nền tảng giúp học sinh hiểu được chuyển động của các vật dưới tác dụng của trọng lực. Hãy cùng Trung tâm gia sư The TutorX tìm hiểu định luật rơi tự do là gì, nội dung, các công thức liên quan, ví dụ minh họa dễ hiểu và những ứng dụng thực tế quan trọng.

Rơi tự do là gì?

Rơi tự do là chuyển động của một vật theo phương thẳng đứng, chỉ chịu tác dụng của trọng lực, trong điều kiện bỏ qua lực cản của không khí.

Trong môi trường thực tế, không khí luôn tồn tại và gây ra lực cản lên vật rơi. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp:

• Vật có kích thước nhỏ
• Khối lượng tương đối lớn
• Quãng đường rơi không quá dài

thì lực cản không khí là không đáng kể, và ta có thể coi chuyển động của vật là rơi tự do.

Ví dụ, khi thả một viên bi sắt từ trên cao xuống đất, ta thường coi chuyển động của viên bi là rơi tự do vì lực cản không khí tác động rất nhỏ so với trọng lực.

Lưu ý: Một vật nhẹ như tờ giấy khi thả rơi không phải rơi tự do do chịu ảnh hưởng lớn của lực cản không khí.

Nội dung định luật rơi tự do

Định luật rơi tự do mô tả quy luật chuyển động của vật khi rơi thẳng đứng dưới tác dụng của trọng lực, trong điều kiện bỏ qua lực cản không khí.

Nội dung định luật rơi tự do

"Trong cùng một điều kiện, mọi vật rơi tự do gần mặt đất đều chuyển động nhanh dần đều với cùng một gia tốc, không phụ thuộc vào khối lượng của vật."

Từ nội dung này, ta có thể rút ra các đặc điểm quan trọng:

• Vật rơi tự do là chuyển động nhanh dần đều
• Vận tốc của vật tăng dần theo thời gian
• Các vật có khối lượng khác nhau rơi tự do như nhau
• Thời gian rơi chỉ phụ thuộc vào độ cao ban đầu

Đây là một kết luận mang tính cách mạng do nhà bác học Galileo Galilei đưa ra, bác bỏ quan niệm cổ cho rằng vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ.

>>> Xem thêm: Gia sư giỏi uy tín dạy kèm tại nhà

Gia tốc rơi tự do là gì?

Gia tốc rơi tự do là đại lượng cho biết vận tốc của vật rơi tự do tăng bao nhiêu trong một giây.

Ký hiệu và giá trị

• Ký hiệu: g
• Giá trị trung bình gần mặt đất:g ≈ 9,8 m/s²
  (trong nhiều bài tập phổ thông thường lấy g = 10 m/s² để tính nhanh)

Đặc điểm của gia tốc rơi tự do

• Phương: thẳng đứng
• Chiều: từ trên xuống dưới
• Không phụ thuộc vào khối lượng vật
• Có thể thay đổi theo vị trí địa lý và độ cao

Ví dụ, trên Mặt Trăng, gia tốc rơi tự do nhỏ hơn rất nhiều so với Trái Đất, nên các vật rơi chậm hơn và con người có thể bật nhảy rất cao.

Công thức của định luật rơi tự do

Dựa vào nội dung định luật rơi tự do, ta xây dựng được các công thức toán học mô tả chuyển động của vật rơi.

Công thức vận tốc của vật rơi tự do
v=g⋅t

Công thức này cho biết vận tốc của vật tăng tỉ lệ thuận với thời gian rơi.

Công thức quãng đường rơi tự do
s=1/2gt²

Quãng đường vật rơi được tỉ lệ với bình phương thời gian, cho thấy vật rơi càng lâu thì quãng đường tăng càng nhanh.

Công thức liên hệ giữa vận tốc và quãng đường
v²= 2gs

Công thức này thường dùng khi bài toán không cho thời gian rơi.

Tất cả các công thức trên đều áp dụng cho trường hợp:

• Vật bắt đầu rơi từ trạng thái nghỉ
• Bỏ qua lực cản không khí

>>> Xem thêm: Nội dung định luật bảo toàn khối lượng

Ví dụ minh họa về định luật rơi tự do

Ví dụ 1: Tính thời gian rơi

Một vật được thả rơi tự do từ độ cao 80 m. Lấy g = 10 m/s². Tính thời gian vật rơi đến mặt đất.

Giải:

Áp dụng công thức:

s=1/2gt²
 ​80=1/2⋅10⋅t² ⇒ t²=16 ⇒ t=4s

 Vật rơi hết 4 giây để chạm đất.

Ví dụ 2: Tính vận tốc khi chạm đất

Một vật rơi tự do từ độ cao 20 m. Tính vận tốc của vật khi chạm đất (g = 10 m/s²).

Giải:

v²= 2gs=2⋅10⋅20=400⇒v=20m/s

Vận tốc của vật khi chạm đất là 20 m/s.

Định luật rơi tự do giúp con người hiểu rõ cách các vật chuyển động dưới tác dụng của trọng lực. Việc nắm chắc khái niệm, công thức và cách áp dụng định luật không chỉ giúp học tốt môn Vật lý mà còn mở ra cái nhìn khoa học về thế giới xung quanh.