Trả lời nhanh
Phát biểu đúng là: “Ở cùng một nơi, mọi vật rơi tự do đều có cùng gia tốc” (gia tốc rơi tự do g). Khi bỏ qua lực cản của không khí, vật chỉ chịu trọng lực nên gia tốc a = g, không phụ thuộc khối lượng, hình dạng hay độ cao thả vật. Vì vậy vật nặng và vật nhẹ rơi nhanh như nhau.
Đề bài thường gặp
Đề này có nhiều biến thể; dạng phổ biến nhất như sau (bạn hãy đối chiếu với đề của mình):
Câu nào sau đây nói về sự rơi là đúng?
- A. Khi không có lực cản của không khí, vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ.
- B. Ở cùng một nơi, mọi vật rơi tự do có cùng gia tốc.
- C. Khi rơi tự do, vật nào ở độ cao lớn hơn sẽ rơi với gia tốc lớn hơn.
- D. Vận tốc của vật chạm đất không phụ thuộc vào độ cao của vật khi rơi.
Đáp án: B.
Vì sao chọn B?
Sự rơi tự do là chuyển động chỉ chịu tác dụng của trọng lực, bắt đầu từ trạng thái nghỉ. Theo định luật II Newton: P = ma, mà P = mg nên a = g. Khối lượng m triệt tiêu hai vế, nên gia tốc chỉ phụ thuộc vị trí trên Trái Đất (khoảng 9,8 m/s² hay lấy 10 m/s² khi tính nhanh), không phụ thuộc vật.
Loại trừ từng phương án sai
| Phương án | Nhận xét | Kết luận |
|---|---|---|
| A | Không có lực cản thì vật nặng và vật nhẹ rơi như nhau (thí nghiệm ống Newton hút hết không khí: viên bi chì và chiếc lông chim chạm đáy cùng lúc). | Sai |
| C | Gia tốc rơi tự do gần như không đổi trong phạm vi độ cao nhỏ so với bán kính Trái Đất. Độ cao lớn hơn chỉ làm thời gian rơi dài hơn, không làm gia tốc lớn hơn. | Sai |
| D | Vận tốc chạm đất v = √(2gh), phụ thuộc vào độ cao h. Thả càng cao, chạm đất càng nhanh. | Sai |
Công thức cần nhớ về rơi tự do
- Vận tốc: v = g·t
- Quãng đường: s = ½·g·t²
- Liên hệ: v² = 2·g·s
- Thời gian rơi từ độ cao h: t = √(2h/g)
Đặc điểm: phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống, là chuyển động thẳng nhanh dần đều với vận tốc đầu bằng 0.
Ví dụ minh hoạ (số liệu tự đặt)
Thả một hòn đá từ độ cao 45 m, lấy g = 10 m/s². Thời gian rơi: t = √(2·45/10) = 3 s. Vận tốc chạm đất: v = g·t = 10·3 = 30 m/s. Kiểm tra bằng v² = 2gh = 2·10·45 = 900 nên v = 30 m/s, khớp kết quả.
Mẹo nhớ và lỗi hay gặp
- Mẹo: thấy cụm “rơi tự do” thì nghĩ ngay “mọi vật cùng g”. Phương án nào nói nặng nhẹ khác nhau hay gia tốc khác nhau thường là bẫy.
- Lỗi 1: nhầm “rơi trong không khí” với “rơi tự do”. Tờ giấy phẳng rơi chậm hơn hòn đá vì lực cản không khí, không phải vì nhẹ hơn theo nghĩa rơi tự do.
- Lỗi 2: nhầm gia tốc với vận tốc. Gia tốc không đổi, còn vận tốc tăng đều theo thời gian.
- Lỗi 3: quên rằng s tỉ lệ với t², nên sau 2 s quãng đường gấp 4 lần sau 1 s.
Bài luyện tập
- Thả vật từ độ cao 80 m (g = 10 m/s²). Tính thời gian rơi và vận tốc chạm đất.
Đáp án: t = √(2·80/10) = 4 s; v = 10·4 = 40 m/s. - Hai vật khối lượng 1 kg và 5 kg thả cùng lúc, cùng độ cao trong chân không. Vật nào chạm đất trước?
Đáp án: Chạm đất cùng lúc vì cùng gia tốc g. - Một vật rơi tự do, quãng đường đi được trong 2 s đầu là bao nhiêu (g = 10 m/s²)?
Đáp án: s = ½·10·2² = 20 m.
Câu hỏi thường gặp
Vật nặng có rơi nhanh hơn vật nhẹ không?
Nếu bỏ qua lực cản không khí (rơi tự do) thì không. Mọi vật ở cùng một nơi đều rơi với cùng gia tốc g nên chạm đất cùng lúc khi thả cùng độ cao.
Gia tốc rơi tự do có giá trị bao nhiêu?
Khoảng 9,8 m/s² ở gần mặt đất. Trong bài tập thường lấy g = 10 m/s² hoặc 9,8 m/s² theo yêu cầu của đề.
Vận tốc chạm đất của vật rơi tự do phụ thuộc vào đại lượng nào?
Phụ thuộc độ cao thả vật và g theo công thức v = √(2gh); không phụ thuộc khối lượng vật.
Khi nào một chuyển động rơi được coi là rơi tự do?
Khi vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, vận tốc ban đầu bằng 0. Trong thực tế, lực cản không khí nhỏ so với trọng lực cũng có thể bỏ qua.