נפילה חופשית לעומת תנועת קליעה
נפילה חופשית ותנועת קליע הם שני מושגים חשובים מאוד שנדונו תחת מכניקה. לשתי התופעות הללו יש חשיבות עליונה וממלאות תפקיד חיוני בתחומים כמו חקר החלל, מערכות מזג אוויר, תעופה, יישומים צבאיים ואפילו ספורט. חיוני שתהיה הבנה ברורה במושגים הללו כדי להצטיין בתחומים כאלה. במאמר זה, אנו הולכים לדון במה הם נפילה חופשית ותנועת קליע, היישומים שלהם, קווי דמיון בין שני אלה, הגדרות של נפילה חופשית ותנועת קליע ולבסוף ההבדל בין נפילה חופשית לתנועת קליע.
מהי נפילה חופשית?
נפילה חופשית מתוארת, כתנועה של עצם שבו כוח הכבידה הוא הכוח היחיד הפועל על העצם. תנועת האובייקט היא תנועה אינרציאלית. כדי להבין נכון את המושג נפילה חופשית, יש להבין תחילה את שדה הכבידה ואת פוטנציאל הכבידה. כוח הכבידה הוא הכוח המתרחש עקב מסה כלשהי. המסה היא התנאי ההכרחי והמספיק לכוח הכבידה. יש שדה כבידה מוגדר סביב כל מסה. קח מסות m1 ו-m2 הממוקמים במרחק r אחד מהשני. כוח הכבידה בין שתי המסות הללו הוא G.m1m2 / r2 כאשר G הוא האוניברסלי קבוע כבידה. פוטנציאל הכבידה בנקודה מוגדר ככמות העבודה שנעשתה על יחידת מסה כאשר מביאים אותה מאינסוף לנקודה הנתונה. מכיוון שפוטנציאל הכבידה באינסוף הוא אפס, וכמות העבודה שיש לבצע היא שלילית, פוטנציאל הכבידה תמיד שלילי.האנרגיה הפוטנציאלית הכבידה של עצם מוגדרת כעבודה הנעשית על העצם כאשר האובייקט נלקח מאינסוף לנקודה האמורה. כאשר חפץ נמצא בנפילה חופשית, האנרגיה הפוטנציאלית הכבידה של החפץ מומרת לאנרגיה קינטית. זה גורם להגדלת מהירות האובייקט ובכך ליצור תאוצה. תאוצה זו ידועה בשם תאוצת הכבידה. עצמים שמסתובבים סביב גופים פלנטריים נמצאים במצב קבוע וחופשי. הדחפים בלוויינים כאלה משמשים להגדלת האנרגיה הפוטנציאלית של הלוויין כך שהוא לא יתרסק לתוך כדור הארץ.
מהי תנועת קליעות?
תנועתו של חפץ, המוקרן או נזרק, ידועה כתנועת הקליע. תנועת הקליע יכולה להתרחש בכל מצב. תחת שדה כבידה כאשר התנגדות האוויר אינה קיימת, תנועת קליע יכולה להיחשב כנפילה חופשית. לקליעים תפקיד חשוב מאוד בתחומים כמו טכנולוגיה צבאית, חקר חלל ואפילו ספורט.המהירות ההתחלתית שניתנת לעצם בזריקה נשמרת במערכת כאנרגיה קינטית. הגובה המרבי של הקליע תלוי בזווית שהאובייקט הושלך, במהירות ההתחלתית ובהתנגדות האוויר. רוב הפעמים התנגדות האוויר מוזנחת כדי להקל על החישוב.
מה ההבדל בין נפילה חופשית לתנועת קליעה?
• נפילה חופשית יכולה להתרחש רק תחת כוח הכבידה, אבל תנועת קליע יכולה להתרחש בכל שדה כוח.
• נפילה חופשית היא מקרה מיוחד של תנועת קליע שבו המהירות ההתחלתית היא אפס.
• נפילה חופשית לא יכולה להתרחש במצבים שבהם קיימת התנגדות האוויר; העצם יגיע למהירות סופית, אבל תנועת קליע יכולה להתרחש במצבים כאלה.
