Free fall

General physics

🎯 Learning Objectives

Solve problems using equations that represent uniformly accelerated motion in a straight line, including the motion of bodies falling in a uniform gravitational field without air resistance.
Describe an experiment to determine the acceleration of free fall using a falling object.

🗣️ Language Objectives

Define the key terms related to free fall.
Describe the motion of an object in free fall using appropriate vocabulary.
Explain the factors that affect the acceleration of free fall.

Translation

Еркін түсуге қатысты негізгі терминдерді анықтау.
Тиісті сөздік қорды пайдалана отырып, еркін түсудегі дененің қозғалысын сипаттау.
Еркін түсу үдеуіне әсер ететін факторларды түсіндіру.

🔑 Key Terms

English	Русский	Қазақша
Free Fall	Свободное падение	Еркін түсу
Acceleration due to gravity (g)	Ускорение свободного падения (g)	Еркін түсу үдеуі (g)
Air resistance	Сопротивление воздуха	Ауа кедергісі
Terminal velocity	Установившаяся скорость	Тұрақты жылдамдық
Uniformly accelerated motion	Равномерно ускоренное движение	Бірқалыпты үдемелі қозғалыс

🃏 Flashcards

Glossary

Free Fall: The motion of an object where gravity is the only force acting upon it.

Translation

Дененің қозғалысы, онда ауырлық күші оған әсер ететін жалғыз күш болып табылады.

Acceleration due to gravity (g): The acceleration of an object in free fall. On Earth, its value is approximately 9.8 m/s².

Translation

Еркін түсудегі дененің үдеуі. Жерде оның мәні шамамен 9,8 м/с² құрайды.

Air Resistance: A force that opposes the motion of objects that move through the air.

Translation

Ауада қозғалатын денелердің қозғалысына қарсы әсер ететін күш.

Terminal Velocity: The constant speed that a freely falling object eventually reaches when the resistance of the medium (such as air) through which it is falling prevents further acceleration.

Translation

Еркін түсетін дененің ақыр соңында жететін тұрақты жылдамдығы, ол ортаның (мысалы, ауаның) кедергісі одан әрі үдеуге жол бермейді.

📖 Theory

Free Fall

In the -absence- of air resistance, all objects near the Earth’s surface fall with the same constant acceleration, known as the acceleration due to gravity, g. This motion is called free fall. The value of g is approximately 9.8 m/s². The motion of an object in free fall can be described by the equations of uniformly accelerated motion:

v = u + at
s = ut + ½at²
v² = u² + 2as

Where:

s is the -displacement-
u is the initial velocity
v is the final velocity
a is the acceleration (for free fall, a = g)
t is the time taken

Experiment to Determine the Acceleration of Free Fall

One common method to -determine- the acceleration of free fall is to use a falling object and a timer. For example, you can drop a small, heavy object (like a steel ball) from a known height and measure the time it takes to reach the ground. By using the equation s = ut + ½gt², and knowing that the initial velocity (u) is 0, you can rearrange the formula to solve for g: g = 2s/t². Repeating the experiment multiple times and averaging the results can improve accuracy.

Translation

Еркін түсу

Ауа кедергісі болмаған жағдайда, Жер бетіне жақын барлық денелер бірдей тұрақты үдеумен құлайды, ол еркін түсу үдеуі, g деп аталады. Бұл қозғалыс еркін түсу деп аталады. g мәні шамамен 9,8 м/с² құрайды. Еркін түсудегі дененің қозғалысын бірқалыпты үдемелі қозғалыс теңдеулерімен сипаттауға болады:

v = u + at
s = ut + ½at²
v² = u² + 2as

Мұндағы:

s — орын ауыстыру
u — бастапқы жылдамдық
v — соңғы жылдамдық
a — үдеу (еркін түсу үшін, a = g)
t — уақыт

Еркін түсу үдеуін анықтау тәжірибесі

Еркін түсу үдеуін анықтаудың кең таралған әдістерінің бірі — құлап бара жатқан денені және таймерді пайдалану. Мысалы, сіз белгілі бір биіктіктен кішкентай, ауыр денені (мысалы, болат шарды) тастап, оның жерге жету уақытын өлшей аласыз. s = ut + ½gt² теңдеуін пайдаланып, бастапқы жылдамдықтың (u) 0 екенін біле отырып, g-ны шешу үшін формуланы қайта құруға болады: g = 2s/t². Тәжірибені бірнеше рет қайталап, нәтижелерді орташалау дәлдікті жақсарта алады.

🧠 Exercises on Memorization

Match the term with its definition:

Free Fall
Acceleration due to gravity (g)
Air Resistance
Terminal Velocity

A. The constant speed that a freely falling object eventually reaches. B. The motion of an object where gravity is the only force acting upon it. C. The acceleration of an object in free fall. D. A force that opposes the motion of objects that move through the air.

Answer

1 — B 2 — C 3 — D 4 — A

▶️ Video

Similar Videos:

📝 Solved Examples

Problem 1Problem 2

A stone is dropped from a height of 50 m. How long does it take to reach the ground?

Solution

We are given:

s = 50 m
u = 0 m/s
a = g = 9.8 m/s²

We need to find t. Using the equation s = ut + ½at²: 50 = (0)t + ½(9.8)t² 50 = 4.9t² t² = 50 / 4.9 t² ≈ 10.2 t ≈ √10.2 ≈ 3.2 s

A ball is thrown upwards with an initial velocity of 20 m/s. What is the maximum height it reaches?

Solution

We are given:

u = 20 m/s
v = 0 m/s (at maximum height)
a = -g = -9.8 m/s² (negative because it opposes the initial direction of motion)

We need to find s. Using the equation v² = u² + 2as: 0² = 20² + 2(-9.8)s 0 = 400 — 19.6s 19.6s = 400 s = 400 / 19.6 s ≈ 20.4 m

🔬 Investigation

Explore the PhET simulation below to investigate the motion of an object in free fall. Change the object, the initial height, and see how it affects the motion. Try to answer the questions below. Questions:

Does the mass of the object affect the time it takes to fall?
How does the initial height affect the final velocity?

Answer

No, in the absence of air resistance, the mass of the object does not affect the time it takes to fall.
The greater the initial height, the greater the final velocity.

👥 Pair/Group Work

Join the Quizizz game to test your knowledge on free fall with your classmates! Free Fall Quizizz

💻 Individual Work (Structured Questions)

A ball is dropped from rest from a height of 20 m. Calculate the time it takes to hit the ground.
A stone is thrown vertically upwards with a speed of 15 m/s. Find the greatest height reached.
A brick falls from a scaffold. What is its velocity after 2.5 s?
A ball is thrown downwards with an initial velocity of 5 m/s from a height of 30 m. What is its velocity just before it hits the ground?
An object is released from rest. How far does it fall in 3 s?

Answer

t ≈ 2.02 s
s ≈ 11.5 m
v = 24.5 m/s
v ≈ 24.9 m/s
s = 44.1 m

🔗 Useful Links

🤔 Reflection

What are the key takeaways from this lesson? What did you find most challenging? What would you like to learn more about?

Translation

Бұл сабақтан қандай негізгі ой түйдіңіз? Сізге ең қиын болған не? Тағы не туралы білгіңіз келеді?