Слободен пад

Во Њутновата физика слободниот пад е секое движење на телото каде гравитацијата е единствената сила што дејствува врз него. Разгледувано преку општата релативност, каде гравитацијата е намалена поради закривеноста на време-просторот, кога телото е во слободен пад на него не дејствува сила и тоа се движи по должина на геодезиска линија. Во оваа статија се однесува на слободниот пад како дел од Њутновата механика.

Командантот Дејвид Скот како изведува експеримент за време на слетувањето на Месечината на Аполо 15.

Тело немора задолжително да биде со пад во насока надолу туку може да се разгледува и поинаку.Тело движејќи се нагоре не би се сметало за слободно паѓање, но ако тоа зависи само од силата на гравитацијата може да се каже дека станува збор за слобооден пад.Па така Месечината е во слободен пад во однос на Земјата.

Во непроменливо гравитациско поле и во отсуство на било кои други сили, гравитацијата влијае на сите делови од телото подеднакво што би претставувало бестежинска состојба, односно сила која постои и кога гравитациското поле е еднакво на нула (на начин сличен, како тело кое е под влијание на гравитацијата). Тело во слободен пад чувствува сила од „0 g“.

Поимот „слободно паѓање“ почесто се употребува во поопшта смисла, отколку во буквална смисла на зборот како што е објаснето погоре. Како резултат на ова, паѓањето низ атмосферата без отворен падобран , или лифт, би претставувало слободен пад. Отпорот на воздухот во овие случаи предизвикува новозможност за постигнување на целосна безтежинска состојба, и од оваа причина,падобранците при слободен пад по постигнувањето на конечната брзина имаат чувство чувство како нивното тело да е поддржано од возддухот како перница.

Историја

Во западниот свет пред XVI век, се претпоставувало дека брзината на телото кое слободно паѓа ќе биде пропорционално на неговата тежина, се очекувало дека тело од 10 кг ќе падне десет пати побрзо од идентично тело од 1 кг во истите услови. Стариот грчки филозоф Аристотел (384-322 п.н.е) го опишувал паѓањето на телата во својата прва книга за механиката.

Италијанскиот научник Галилео Галилеј (1564-1642) ги подложил теориите на Аристотел на експерименти и внимателно набљудување. Подоцна тој ги комбинирал резултатите од овие експерименти со математичка анализа на неочекуван начин.

Се претпоставува дека Галилео (или поверојатно неговиот помошник) фрлил две тела со различна маса од кривата кула во Пиза. Овој експеримент несомнено му дал повеќе информации на Галилео за големината на брзината со која што паѓаат телата. Поголемиот број од неговите набљудувања всушност биле набљудувања на тела кои се тркалале на надолж рамнина. Ова доволно ги успорило движењата до тој степен што бил во можност да ги измери временските интервали со „воден часовник“ и својот пулс (стоперките сè уште не биле измислени). Тој овој експеримент го повторил преку стотина пати сè додека не постигнал точност со отстапување меѓу две набљудувања од една десетина од едно отчукување на пулсот.

Примери

Примери на тела во слободен пад вклучуваат:

• Вселенско тело (во вселената) без погон (пр. во континуирана орбита, или на нискоорбитна траекторија (балистика) движејќи се нагоре неколку минути, а потоа надолу).
• тело пуштено да паѓа од врвот на цевка
• тело фрлено нагоре или кога човек одскокнува од Земјата со слаба брзина (односно толку долго колку што отпорот на воздухот ќе е занемарлив во споредба со тежината).

Технички, тело слободно паѓа дури и кога се движи нагоре или „одмара“ за момент на врвот од своето движење. Ако гравитацијата е единствената сила што влијае, тогаш забрзувањето секогаш се случува кога телото паѓа и има иста големина (големина) за сите тела, најчесто позната како g.

Бидејќи сите тела паѓаат со иста брзина во отсуство на другите сили, телата и луѓето ќе бидат во безтежинска состојба.

Примери за тела што не се во слободен пад:

• Летањето во авион: исто така има дополнителна сила на подигање.
• Стоење на земјата: нормалната сила делува на гравитациската сила.
• Спуштајќи се на Земјата со падобран, урамнотежувајќи ја силата на гравитацијата со отпорот на воздухот (со помош на падобран и дополнителна сила на кревање).

Примерот со падот на падобранецот кој сè уште не го отворил својот падобран, од физичка гледна точка не се смета за слободно паѓање, бидејќи тој е под влијание на влечната сила што се совпаѓа со неговата тежина кога ќе постигне конечна брзина (погледајте подолу). Како и да е, „слободниот пад на скокачите со падобранци“ најчесто се употребува за да се опише овој случај во секојдневниот говор, и во говорот на луѓето кои се занимаваат со падобранство. Сè уште не е сигурно, дали неодамна измислениот спорт т.н летачки костими, спаѓа под поимот за слободно паѓање со падобран.

Во близина на површината на Земјата, тело кое слободно паѓа во вакуум ќе се забрза за отприлика 9,8 m/s² , независно од неговата маса. Со отпорот на воздухот што влијае врз телото кое слободно паѓа, по одредено време ова тело ќе ја постигне конечна брзина, која е околу 53 m/s (195 км/ч) за човек кој се спушта со падобранец. Конечната брзина зависи од многу фактори, вклучувајќи ја и масата, влечниот коефициент на отпорот и површината, ќе биде постигната само ако падот е од доволно голема височина. Типичен падобранец во позиција на орел со раширени крилја ќе постигне конечна брзина за отприлика 12 секунди, и за тој временски период да измине 450 m.

Слободниот пад бил изведен на Месечината од страна на астонаутот Дејвид Скот на 2 август 1971 година. Тој од иста висина, истовремено пуштил чекан и пердув на површината на Месечината. Чеканот и пердувот паднале истовремено на површината. Целта на овој негов експеримент е да се потврди откритието на Галилео Галилеј, односно дека во отсуство на отпорот на возухот сите тела имаат исто забрзување под дејство на гравитацијата. (На Месечината гравитацијата е многу помала од таа на Земјата, околу 1,6 m/s²).