Volný pád

Volný pád je zvláštní případ pohybu rovnoměrně zrychleného s nulovou počáteční rychlostí. Jedná se o pohyb tělesa volně puštěného v blízkosti povrchu Země ve vakuu.

Blízkost povrchu Země je důležitý pro předpoklad, že tíhové zrychlení je konstantní, předpoklad vakua je důležitý proto, aby těleso nebylo nadlehčováno vzduchem a nepůsobily na něj odporové síly.

První pokusy s volným pádem prováděl už v 17. století Galileo Galilei (1564 - 1642). Ten prokázal, že se jedná o pohyb rovnoměrně zrychlený a později bylo stanoveno i jeho zrychlení. Nazývá se tíhové zrychlení a značí se , míří svisle dolů a má velikost . Velikost tíhového zrychlení je závislá na nadmořské výšce a na zeměpisné šířce daného místa na Zemi. Dohodou byla stanovena hodnota normálového tíhového zrychlení (přesně).

Vzhledem k tomu, že se jedná o pohyb rovnoměrně zrychlený, je možné volný pád popsat následujícími vztahy: a , kde h je výška nad povrchem Země, z níž bylo těleso spuštěno, a v je rychlost pádu tělesa v čase t .

Mezi další charakteristiky volného pádu patří čas dopadu , tj. čas, který uplyne od puštění tělesa z výšky h do jeho dopadu na Zem, a velikost rychlosti dopadu , tedy rychlost, kterou těleso dopadne na Zem.

Čas dopadu je možné vyjádřit ze vztahu takto: .

Obr. 29

K určení velikosti rychlosti dopadu je nutné si uvědomit, že rychlost dopadu je rychlost, kterou bude těleso mít v čase, kdy dopadne na Zem (tedy v čase ). Proto je možné psát , což po dosazení dává .

V našich úvahách nevystupovala hmotnost tělesa. Z toho plyne, že rychlost dopadu, ani čas dopadu není závislý na hmotnosti tělesa. Všechna tělesa tedy padají ve vakuu k Zemi stejnou rychlostí.

Tento poznatek je silně v rozporu s naší běžnou zkušenosti: hodíme z mostu do řeky pírko a kámen, dopadne podstatně dříve do vody kámen. Problém je v tom, že ve skutečnosti na pohybující se předmět působí ještě i odporová síla vzduchu. Vzhledem k tomu, že je závislá na ploše tělesa, je výrazně větší u lehkého pírka s velmi členitým povrchem. Proto pírko dopadne později.

Existuje ovšem tzv. Newtonova trubice - trubice, z níž je možné vyčerpat vzduch. A po vyčerpání vzduchu se lze přesvědčit, že pírko i kamínek dopadnou na její dno stejně. Ve vyčerpané trubici není vzduch a tudíž ani na padající předmět nepůsobí odporová síla vzduchu.