Аристотель рассуждал, что разные тела будут падать на Землю за разное время, потому что у них разная масса. В качестве примера мы можем рассмотреть падение книги и тетради с одной высоты. Тетрадь упадет позже, чем книга. Казалось бы, что Аристотель прав: книга тяжелее, она падает быстрее, Земля притягивает ее лучше. Мы проведем эксперимент и докажем, что в данном вопросе древнегреческий ученый заблуждался.

Положим тетрадь на книгу и отпустим их. Книга и тетрадь упали как одно целое – упали одновременно. По мнению Аристотеля, книга должна была упасть первой, так как она тяжелее. В чем же дело?

Земля одинаково изменяет скорость тел, даже если у них разная масса.
Сопротивление воздуха у падающих тел одинаково.

К выводу о том, что Земля одинаково разгоняет тела разной массы, впервые пришел итальянский ученый Галилео Галилей. Для того чтобы доказать справедливость своих рассуждений, он демонстрировал опыты на падающей Пизанской башне, а также изучал скатывающиеся по наклонной плоскости тела. В итоге Галилей понял, что Земля всем телам сообщает одинаковое ускорение. Разная только площадь соприкосновения с воздухом. Если убрать воздух, то время падения будет одинаковым. Так рассуждал Исаак Ньютон.

Трубки Ньютона

Рис. 1. Трубки Ньютона (Источник)

Он взял две стеклянные трубки, которые получили название трубки Ньютона и откачал из них воздух (рис. 1). После чего измерял время падения тяжелого шарика и легкого перышка в этих трубках. Оказалось, что падают они за одно и то же время.

Мы видим, что если убрать сопротивление воздуха, то ни перышку, ни шарику ничего не будет мешать падать – они будут падать свободно. Именно это свойство и легло в основу определения свободного падения.

Свободным падением называют движение тела только под действием силы тяжести, в отсутствие действия других сил.

Каким же является свободное падение? Если поднять любой предмет и отпустить, то скорость предмета будет меняться, значит, движение является ускоренным, даже равноускоренным.

Впервые о том, что свободное падение тел является равноускоренным, заявил и доказал Галилео Галилей. Он измерил ускорение, с которым двигаются такие тела, оно так и называется – ускорение свободного падения, и равно приблизительно 9,8 м/с².

Таким образом, свободное падение – это частный случай равноускоренного движения. Значит, для этого движения справедливы все уравнения, которые были получены:

для проекции скорости: V_x = V_0х + а_хt

для проекции перемещения: S_х = V_0хt + а_хt²/2

определение положения тела в любой момент времени: х(t) = х₀ + V_0хt + а_хt²/2

х обозначает, что движение у нас прямолинейное, вдоль оси х, которую мы традиционно выбирали горизонтально.

Если тело будет двигаться вертикально, то принято обозначать ось у и мы получим (рис. 2):

Вертикальное движение тела

Рис. 2. Вертикальное движение тела (Источник)

Уравнения приобретают следующий абсолютно идентичный вид, где g – ускорение свободного падения, h – перемещение по высоте. Эти три уравнения описывают, как решать главную задачу механики для случая свободного падения.