Дененің еркін түсуі

Ауыр шардың құлауы мен жұқа қағаз парағының күрделі траектория бойымен қалықтап түсуі.

Қандай да бір биіктікте бос тұрған материалды дененің жерге құлауы. Жоғары лақтырылған немесе тасталған дененің кайтадан жерге түсуі. Бұл құбылыстар жердің тартылыс күші арқылы жүзеге асады. Бұл — жалпылама құбылыс, сол себепті де денелердің тек Жердің тартуы әсерінен еркін түсу заңдарын карастыру ерекше қызықты.

Құлайтын денелердің жылдамдығы мен үдеуі, қалыпты жағдайда, денелердің ауырлығына, олардың өлшемдері мен пішіндеріне тәуелді болады. Әрине, денелердің мұндай қозғалысын тек Жердің тартуы әсерінен ғана еркін түсуі деп айтуға болмайды.

Тәжірибе нәтижелері бұл айырмашылықтардың қозғалыстағы денеге ауаның әсер етуінен болатынын көрсетеді. Сол себепті, егер біз денелердің еркін түсуін зерттегіміз келсе, онда ауаның әсерінен толық құтылуымыз керек.

Пиза қаласындағы мұнара

Ең алғаш мұндай тұжырымды италияндық ұлы ғалым Галилео Галилей жасаған болатын. Галилей 1583 ж. Пиза қаласындағы биік көлбеу мұнара үстінен диаметрлері бірдей, ауыр және жеңіл шарларды бір мезгілде тастап, олардың мұнара табанына шамамен бір уақытта келіп түсетініне кез жеткізеді.

Бұл биіктігі 58 метрлік мұнараның құрылысы 1173 ж. басталған болатын. Осы ғимарат сол қисайыңқыраған кезде, 1360 ж. салынып бітті.
Әрине, бұл ғимарат өзінің осы ерекшелігімен қоса, Галилей ашкан заңның арқасында Пиза каласының даңқын бүкіл өлемге ғасырдан-ғасырға паш етіп келеді.

Сөйтіп, ол мұнара төңірегіне жиналған пизандықтарды таңғалдырды. Мұндай тәжірибелерді Галилей пішіндері мен өлшемдері әртүрлі денелермен, олардың түрлі орталардағы түсуін бақылай отырып, сан мәрте қайталады. Міне, осылайша өз тұжырымдарының дұрыстығына тәжірибе аркылы кез жеткізе отырып, Галилей ауасыз кеңістікте барлық денелер бірдей уақытта түседі деп үйғарды. Галилей ашқан бұл заңның маңызы өте зор болды. Ол заң материяның аса маңызды қасиеттерінің бірін бейнелейді, біздің Ғалам құрылымының көптеген ерекшеліктерін үғынуға және оны түсіндіруге мүмкіндік береді. Сонымен бірге Галилей идеялары Ньютон механикасының негізі болатын іргетас іспеттес.

Галилео Галилей (1564-1642)

Алайда Галилей өз ұйғарымын денелерді ауасыз кеңістікте түсіріп тексере алмады. Өйткені Галилей емір сүрген XVII ғасырда ауа соратын арнайы қүралдар, сорғылар өлі жоқ еді. Оны тек 80 жыл өткеннен соң И.Ньютон жүзеге асырды. Ол жүргізген тәжірибе Галилей гипотезасының дүрыс екенін дәлелдеді. Ньютон жасаған тәжірибенің мәнісі мынада. Ұзындығы 1 метрдей шыны түтікке корғасын кесегі (бытыра), ағаш қабығынан жасалған тығын және күстың қауырсыны салынады. Түтікті тез теңкерген кезде бұл 20 денелер түтіктің түбіне әртүрлі уақытта жетеді: әуелі бытыра, сосын тығын, ең соңында қауырсын түседі. Ал егер түтік ішіндегі ауаны сорып шығаратын болса, онда денелер бір мезгілде түседі. Осындай ортаның кедергісі болмаган кездегі денелердің тусуі - еркін тусу деп аталады.

Еркін түсу үдеуі g әрпімен белгіленеді. Еркін түсу үдеуінің векторы g әрдайым төмен карай бағытталады. Еркін түсу кезінде барлык денелер жер бетіне жақындаған сайын теңүдемелі қозғалады. Демек, денелердің еркін түсуі теңүдемелі қозғалыстың тамаша мысалы бола алады. Мысалы, егер күлап келе жатқан шарды әрбір тең уақыт аралығы өткен сайын арнайы құрал аркылы суретке түсіріп алып отырса, онда шардың көршілес орындарының арақашықтықтары бойынша қозғалыстың шын мәнінде теңүдемелі екенін анықтауға мүмкіндік туады. Осы аралықтарды өлшей отырып, еркін түсу үдеуінің сандық мәнін де есептеп шығаруға болады. Неғұрлым дәл есептеулер еркін түсу үдеуінің сандық мәні Жер шарының әртүрлі нүктесінде аздап өзгеше болатынын кәрсетеді. Мысалы, жергілікті жердегі ендікке байланысты ол былай өзгереді: 0° —9,78049м/с²; 60° —9,81924 м/с²; 90 — 9,83221 м/с². Демек, еркін түсу үдеуі полюстерде үлкен болып, ал экваторға жақындаған сайын азаятыны байқалады.