Trả lời nhanh
Rơi tự do là một chuyển động thẳng nhanh dần đều. Vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, bắt đầu rơi từ trạng thái nghỉ nên vận tốc tăng đều theo thời gian với gia tốc không đổi g ≈ 9,8 m/s². Vì gia tốc khác 0 nên đó không phải chuyển động thẳng đều (loại phương án “thẳng đều”).
Phân tích câu hỏi
Câu hỏi đưa ra hai khả năng: chuyển động thẳng đều và chuyển động thẳng nhanh dần đều. Để chọn đúng, ta xét xem gia tốc của vật rơi tự do là bao nhiêu.
- Chuyển động thẳng đều: vận tốc không đổi, gia tốc bằng 0.
- Chuyển động thẳng nhanh dần đều: gia tốc không đổi và cùng chiều với vận tốc, độ lớn vận tốc tăng đều.
Vật rơi tự do chịu trọng lực P = mg, nên gia tốc a = P/m = g, hướng xuống và cùng chiều với chuyển động. Vận tốc tăng lên mỗi giây khoảng 9,8 m/s. Do đó đáp án là chuyển động thẳng nhanh dần đều.
Rơi tự do là gì?
Rơi tự do là sự rơi chỉ dưới tác dụng của trọng lực, bắt đầu từ trạng thái đứng yên. Trong thực tế, vật rơi gần giống rơi tự do khi sức cản không khí rất nhỏ so với trọng lượng, ví dụ viên bi sắt, hòn đá. Chiếc lá hay tờ giấy phẳng chịu sức cản lớn nên không rơi tự do.
Đặc điểm của chuyển động rơi tự do
- Phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống.
- Là chuyển động nhanh dần đều với vận tốc đầu bằng 0.
- Ở cùng một nơi trên Trái Đất, mọi vật rơi tự do với cùng gia tốc g, không phụ thuộc khối lượng.
Công thức rơi tự do
| Đại lượng | Công thức |
|---|---|
| Vận tốc | v = g·t |
| Quãng đường | s = ½·g·t² |
| Liên hệ v – s | v² = 2·g·s |
| Thời gian rơi từ độ cao h | t = √(2h/g) |
Đồ thị vận tốc theo thời gian là đường thẳng đi qua gốc toạ độ. Độ dốc của đường thẳng chính là gia tốc g. Điều này khẳng định vận tốc tăng đều chứ không đứng yên hay không đổi.
Ví dụ vận dụng
Ví dụ 1
Một viên bi sắt rơi tự do từ độ cao 125 m. Lấy g = 10 m/s². Tính thời gian rơi và vận tốc khi chạm đất.
t = √(2·125/10) = 5 s; v = g·t = 10 · 5 = 50 m/s.
Ví dụ 2
Một vật rơi tự do trong 4 s. Tính quãng đường vật đi được trong giây cuối cùng (g = 10 m/s²).
Quãng đường trong 4 s: s4 = ½·10·16 = 80 m. Quãng đường trong 3 s đầu: s3 = ½·10·9 = 45 m. Quãng đường giây cuối: 80 − 45 = 35 m.
Lỗi sai thường gặp
- Cho rằng vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ. Trong chân không, hai vật rơi cùng lúc; trong không khí khác nhau là do sức cản.
- Nhầm rơi tự do với rơi trong không khí của vật có diện tích lớn, nhẹ như lá, giấy, dù.
- Quên rằng vận tốc đầu bằng 0 nên dùng v = g·t chứ không cộng thêm v0.
- Chọn “thẳng đều” vì thấy vật rơi theo đường thẳng. Dạng quỹ đạo thẳng chưa đủ, phải xét vận tốc có đổi hay không.
Câu hỏi luyện tập
- Thả một hòn đá từ miệng giếng, sau 3 s nghe tiếng chạm nước (bỏ qua thời gian truyền âm). Giếng sâu bao nhiêu mét (g = 10)? Đáp án: 45 m.
- Sau 2 s rơi tự do, vận tốc vật bằng bao nhiêu (g = 9,8)? Đáp án: 19,6 m/s.
Câu hỏi thường gặp
Rơi tự do là chuyển động thẳng đều hay nhanh dần đều?
Là chuyển động thẳng nhanh dần đều, vì vật có gia tốc không đổi g và vận tốc tăng đều theo thời gian.
Gia tốc rơi tự do bằng bao nhiêu?
Khoảng 9,8 m/s² (thường làm tròn 10 m/s² trong bài tập), thay đổi nhẹ theo vĩ độ và độ cao.
Vật nặng có rơi nhanh hơn vật nhẹ không?
Trong chân không thì không, mọi vật rơi cùng gia tốc g. Trong không khí, vật nhẹ có thể rơi chậm hơn do chịu sức cản lớn hơn.
Công thức tính quãng đường rơi tự do?
s = ½·g·t², trong đó t là thời gian rơi tính từ lúc thả vật.