Введение. Свободное падение — это равноускоренное движение под действием силы тяжести

Свободное падение — это равноускоренное движение под действием силы тяжести. На поверхности Земли (на уровне моря) ускорение свободного падения меняется от 9, 81 м/с² на полюсах до 9, 78 м/с² на экваторе.В частности, парашютист в течение нескольких первых секунд прыжка находится практически в свободном падении.Свободное падение возможно на поверхности любого тела, обладающего достаточной массой (планеты и их спутники, звёзды, и т. п.).Во время свободного падения какого-либо объекта этот объект находится в состоянии невесомости (как если бы он находился на борту космического аппарата, движущегося по околоземной орбите). Данное обстоятельство используется, например, при тренировке космонавтов: самолёт с космонавтами набирает большую высоту и пикирует, находясь в течение нескольких минут в состоянии свободного падения; космонавты и экипаж самолёта при этом испытывают состояние невесомости.

Скорость тела в любой момент времени
v_y = ± v_oy ± g_yt
Перемещение тела
s_y = ± v_oyt ± (g_yt²) / 2
Координаты тела (высота тела)
y = h = h₀ ± v_oyt ± (g_yt²) / 2
Скорость тела в любой точке пути
v_y² = v_oy² + 2g_y(h - h₀)

Если взять стальной шар, футбольный мяч, развернутую газету, птичье перо и все эти разнородные предметы сбросить с высоты в несколько метров и тем или иным способом измерить их ускорения, то мы увидим, что ускорения этих тел различны. Но это объясняется лишь тем, что на пути к земле телам приходится проходить сквозь воздух, который мешает их движению.

Если бы тела падали в трубе, из которой воздух удален, то их ускорения оказались бы одинаковыми.

Такой опыт можно провести с помощью толстостенной стеклянной трубки длиной около 1 м, один конец которой запаян, а другой снабжен краном (рис. 1, а). Поместим в трубку три разных предмета, например: дробинку, пробку и птичье перо. Затем быстро перевернем трубку. Все три тела упадут на дно трубки, но в разное время: сначала дробинка, затем пробка и, наконец, перо. Но это в том случае, когда в трубке имеется воздух. Стоит только воздух откачать насосом (рис. 1, б) и, закрыв после откачки кран, снова перевернуть трубку (рис. 1, в), и мы увидим, что все три тела упадут одновременно. Следовательно, в вакууме все тела падают с одинаковым ускорением.
Только такое падение в вакууме, падение, которому ничто не мешает, мы и называем свободным падением.

Падение тел, наблюдаемое нами в повседневной жизни, строго говоря, не является свободным, поскольку помимо силы тяжести на тела действует сила сопротивления воздуха. Но если сила сопротив­ления пренебрежимо мала по сравнению с силой тяжести, то движе­ние тела очень близко к свободному (как, например, при падении ма­ленького тяжелого гладкого шарика).

Тела падают свободно в безвоздушном пространстве, например, внутри сосуда, из которого откачан воздух.

Поскольку сила тяжести, действующая на каждое тело вблизи поверхности земли, постоянна, то свободно падающее тело дол­жно двигаться с постоянным ускорением, т. е. равноуско­ренно (это вытекает из второго закона Ньютона).

Свободное падение описывается теми же формула­ми, что и любое равноускоренное движение.

Напри­мер, при падении из состояния покоя проекции векторов скорости и перемещения рассчитываются по формулам

v_x = a_xt, , если начальная скорость не равна нулю,

то