Впервые величину ускорения свободного падения определил итальянский ученый Галилео Галилей (рис. 1).

Рис. 1. Галилео Галилей (1564-1642)

Он запускал по наклонной плоскости мушкетную пулю и определял ускорение, с которым эта пуля движется. Когда угол наклона увеличивался, то возрастало и ускорение (рис. 2).

Рис. 2. Опыт Галилео Галилея

Проведя огромное количество экспериментов, Галилей пришел к выводу, что есть предельное ускорение, с которым может двигаться тело. Ускорение будет максимальным, если наклонная плоскость будет располагаться вертикально, то есть угол наклона будет составлять , а это как раз свободное падение тела (рис. 3). В результате таких опытов он вычислил величину такого предельного ускорения:

Рис. 3. Опыт Галилео Галилея. Предельное ускорение

До Галилея главенствовала теория Аристотеля, который утверждал следующее: быстрее падает то тело, у которого больше масса, т. к. все тела стремятся воссоединиться с Землей тем сильнее, чем больше их масса.

Рассуждение Галилея о свободном падении

Галилео Галилей первым показал, что время падения тела на Землю не зависит от его массы, а определяется лишь характеристиками самой Земли.

Представим себе, что у нас есть тело массой . Мы отпускаем его в поле силы тяжести Земли, и оно начинает свободно падать, проходя за время расстояние . Разделим это тело на две половинки, каждая массой по . Если время падения зависит от массы, то они должны падать медленнее. Но почему они падают медленнее, если, когда они составляли одно целое, они проходили расстояние за время ? Может быть одна половина мешает другой? Но как? Ведь они одинаковой массы. В итоге мы приходим к противоречию, а это значит, что допущение о том, что скорость падения зависит от массы тела, несправедлива.

Рис. 4. Зависит ли время падения от массы тела? Опыт № 1

Галилео принадлежит еще одно рассуждение на эту тему. Мы имеем два куска пластилина. Один массой 3 кг, а другой – 2 кг. Каждый из них падает за какое-то время. Слепим кусок пластилина массой 5 кг и отпустим его. Если время зависит от массы, к какому выводу мы придем?

Рис. 5. Зависит ли время падения от массы тела? Опыт № 2

Почему же так долго не могли смириться с тем, что разные тела все-таки иногда падают за разное время? Например, лист бумаги и свинцовая дробинка падают за разное время (рис. 6).

Рис. 6. Иллюстрация к примеру

Все дело в том, что не учитывалось сопротивление воздуха. Именно сопротивление воздуха регламентирует тот факт, что лист бумаги будет падать дольше, чем свинцовая дробинка.

Рис. 7. Влияние сопротивления воздуха на время падения

Таким образом, приходим к корректному определению свободного падения. Свободным падением называют движение тела только под действием силы тяжести. Конечно, не всегда можно пренебречь сопротивлением воздуха, например для парашютиста.