Lý thuyết Vật lí 10 Bài 10: Sự rơi tự do

1. Quan niệm sai lầm thời cổ đại (Aristotle)

Trong suốt gần 2000 năm từ thời Aristotle (384 - 322 TCN), người ta tin rằng: "Vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ; vật càng nặng thì rơi càng nhanh". Quan niệm này bắt nguồn từ quan sát trực quan hằng ngày (như tờ giấy rơi chậm hơn hòn sỏi).

2. Thí nghiệm của Galileo Galilei và Thí nghiệm ống Newton

• Galileo Galilei (1564 - 1642): Đã tiến hành thả rơi hai quả cầu bằng chì có khối lượng chênh lệch nhau nhiều lần từ đỉnh Tháp nghiêng Pisa. Kết quả: Hai quả cầu chạm đất gần như cùng một lúc, đập tan quan niệm của Aristotle.
• Ống chân không của Isaac Newton: Cho một chiếc lông chim và một hòn bi chì vào trong một ống thủy tinh kín.
  - Khi trong ống có không khí: Bi chì rơi nhanh hơn nhiều so với lông chim.
  - Khi hút hết không khí ra (tạo môi trường chân không): Lông chim và bi chì rơi nhanh như nhau và chạm đáy ống cùng một thời điểm.

Kết luận then chốt: Yếu tố làm cho các vật trong không khí rơi nhanh chậm khác nhau chính là sức cản của không khí. Lực cản không khí càng nhỏ so với trọng lực thì vật rơi càng nhanh.

1. Định nghĩa sự rơi tự do

Sự rơi tự do là sự rơi chỉ dưới tác dụng của trọng lực.

Quy ước thực tế: Nếu vật rơi trong không khí mà lực cản của không khí rất nhỏ so với trọng lượng của vật (ví dụ: hòn đá, quả tạ, bi thép thả từ trên cao) thì ta có thể coi gần đúng chuyển động rơi đó là sự rơi tự do.

2. Đặc điểm của chuyển động rơi tự do

• Phương: Thẳng đứng (phương của dây dọi).
• Chiều: Từ trên xuống dưới.
• Tính chất: Là chuyển động thẳng nhanh dần đều không vận tốc ban đầu ($v_0 = 0$).

3. Gia tốc rơi tự do ($g$)

• Tại cùng một nơi trên Trái Đất và ở gần mặt đất, mọi vật rơi tự do với cùng một gia tốc, kí hiệu là $g$.
• Gia tốc $g$ phụ thuộc vào vĩ độ địa lí và độ cao: Ở hai cực $g \approx 9,83 \, m/s^2$, ở xích đạo $g \approx 9,78 \, m/s^2$. Thường lấy $g = 9,8 \, m/s^2$ hoặc $g = 10 \, m/s^2$.