LÝ THUYẾT - SÁCH HÌNH ĐỘNG
LỚP 10·10 / 2026

BD · 0530 phút

Sự rơi tự do

Mọi vật rơi như nhau khi không có cản

Cần học trướcBD · 02 · Các công thức của chuyển động thẳng biến đổi đều

Mục tiêu

  • Nêu được rơi tự do là gì, vì sao trong không khí có vật rơi nhanh, vật rơi chậm và vì sao trong chân không mọi vật rơi như nhau.
  • Viết được các công thức rơi tự do (v=gtv = gt, h=12gt2h = \tfrac12 gt^2, v2=2ghv^2 = 2gh) và dùng để tính thời gian rơi, vận tốc chạm đất, độ cao.
  • Đọc được gia tốc rơi tự do từ ảnh hoạt nghiệm (đèn chớp).

Khởi động

Thả cùng lúc một viên bi sắt và một tờ giấy phẳng từ cùng độ cao: bi rơi xuống trước hẳn. Vo tờ giấy thành cục nhỏ rồi thả lại: hai vật gần như chạm đất cùng lúc. Vậy "vật nặng rơi nhanh hơn" có đúng không, hay còn yếu tố nào khác?

Người xưa tin vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ. Ga-li-lê (thế kỉ XVII) lập luận và làm thí nghiệm để chỉ ra rằng sự khác biệt đến từ không khí, không phải từ khối lượng. Bài này giải thích điều đó và đưa ra công thức cho chuyển động rơi.

01Kiến thức cần nhớ

1. Rơi tự do là gì?

Trong thực tế, rơi tự do xảy ra gần đúng khi sức cản của không khí rất nhỏ so với trọng lực (viên bi sắt, hòn đá nhỏ từ độ cao vài mét) và chính xác trong chân không.

2. Thí nghiệm về rơi trong không khí và trong chân không

Trong ống thuỷ tinh dài có một lông chim, một mẩu giấy và một viên bi nhỏ:

  • Khi ống còn không khí, lật ống: viên bi rơi nhanh nhất, lông chim bay lơ lửng và chậm nhất.
  • Khi hút hết không khí, lật ống: cả ba chạm đáy cùng lúc.

Kết luận: sự khác biệt do lực cản không khí (phụ thuộc hình dạng, diện tích mặt chắn, tốc độ), không do khối lượng. Trong chân không (hoặc khi bỏ qua lực cản), mọi vật rơi như nhau.

Tương tácThả hai vật: không khí và chân không
00,511,52Bi sắtLông chimm00,20,40,60,811,21,41,602468t (s)v (m/s)
Bi sắt:
Lông chim:
Chạm đáy: 0,64 s và 1,63 s
Lệch nhau 0,99 s.

Chọn hai vật rồi bấm Chạy: có không khí, lông chim và tờ giấy rơi chậm hơn bi sắt. Bấm “Hút hết không khí”: mọi vật chạm đáy cùng lúc, đồ thị v–t đều là đường thẳng độ dốc g. Dùng tốc độ phát chậm để quan sát.

3. Đặc điểm của chuyển động rơi tự do

  • Phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới.
  • Chuyển động nhanh dần đều: các quãng đường liên tiếp trong những khoảng thời gian bằng nhau theo tỉ lệ 1:3:5:7…1 : 3 : 5 : 7 \dots
  • Gia tốc là gia tốc rơi tự do gg, giống nhau với mọi vật tại cùng một nơi.

Giá trị của gg: gần mặt đất, g≈9,8 m/s2g \approx 9{,}8\,\text{m/s}^2 (ở Hà Nội khoảng 9,799{,}79; ở xích đạo 9,789{,}78; ở cực 9,839{,}83). Bài tập thường cho g=9,8g = 9{,}8 hoặc g=10 m/s2g = 10\,\text{m/s}^2 để tính nhẩm; đọc kĩ đề xem dùng giá trị nào và dùng nhất quán cả bài.

4. Các công thức

Chọn trục thẳng đứng hướng xuống, gốc ở vị trí thả, mốc thời gian lúc thả. Khi đó v0=0v_0 = 0 và a=g>0a = g > 0; thay vào các công thức đã biết:

Quãng đường rơi chỉ phụ thuộc vào độ cao và gg, không phụ thuộc khối lượng. Thời gian rơi tỉ lệ với h\sqrt h: độ cao gấp bốn thì thời gian rơi gấp đôi.

Quãng đường trong giây thứ nn là hn=g(n−12)h_n = g\left(n - \tfrac12\right) (mét khi tt tính bằng giây).

01234010203040t (s)v (m/s)S = ½·3·30 = 45 mv = gt01234020406080t (s)h (m)h = ½gt²0481216020406080t² (s²)h (m)hệ số góc g/2 = 5

5. Ảnh hoạt nghiệm (đèn chớp) và đo gg

Đèn chớp cứ sau mỗi khoảng thời gian TT lại sáng một lần, trong khi máy ảnh để mở màn trập; vật rơi để lại một chuỗi hình ở các vị trí cách nhau theo thời gian. Với vị trí y0,y1,y2,…y_0, y_1, y_2, \dots đo dọc thước:

  • hiệu hai quãng đường liên tiếp là Δs=gT2\Delta s = gT^2, suy ra g=ΔsT2g = \dfrac{\Delta s}{T^2};
  • vận tốc tại một hình bằng quãng đường hai bên chia 2T2T: vk=yk+1−yk−12Tv_k = \dfrac{y_{k+1} - y_{k-1}}{2T}.
Tương tácẢnh đèn chớp của vật rơi
050100150200250300cm
y, Δs, Δs′ đều tính bằng cm
ảnhyΔsΔs′
00
14,94,9
219,614,79,8
344,124,59,8
478,434,39,8
5122,544,19,8
6176,453,99,8
7240,163,79,8
8313,673,59,8

Bấm Chạy để các ảnh hiện dần. Đọc cột Δs′ (hiệu hai quãng đường liên tiếp): luôn bằng gT². Đổi chu kì T hoặc hành tinh để thấy khoảng cách các ảnh khác đi nhưng g = Δs′/T² vẫn đúng.

02Tóm tắt

  • Rơi tự do: chỉ chịu trọng lực; thẳng đứng, nhanh dần đều, gia tốc gg như nhau với mọi vật.
  • v=gtv = gt, h=12gt2h = \tfrac12 gt^2, v2=2ghv^2 = 2gh; t=2h/gt = \sqrt{2h/g}.
  • Quãng đường theo giây liên tiếp tỉ lệ 1:3:5:…1 : 3 : 5 : \dots; Δs=gT2\Delta s = gT^2 giữa hai khoảng TT liên tiếp.
  • g≈9,8 m/s2g \approx 9{,}8\,\text{m/s}^2 (hay 1010 khi đề cho).

03Mở rộng

Rơi trong không khí và vận tốc giới hạn. Lực cản của không khí tăng theo tốc độ. Khi lực cản cân bằng trọng lực, gia tốc về 00 và vật rơi đều với vận tốc giới hạn: giọt mưa khoảng vài m/s, người nhảy dù khi chưa bung dù khoảng 5050 đến 60 m/s60\,\text{m/s}. Vì thế mưa không "đục lỗ" người đi đường dù rơi từ độ cao hàng nghìn mét.

Vì sao gg khác nhau theo nơi? Trái Đất hơi dẹt ở hai cực và tự quay, nên gg ở cực lớn hơn ở xích đạo; gg cũng giảm khi lên cao. Trên Mặt Trăng g≈1,6 m/s2g \approx 1{,}6\,\text{m/s}^2, và không có không khí: khi phi hành gia thả búa và lông chim cùng lúc, hai vật chạm mặt đất cùng lúc.

Tiếp theoPhương pháp →