נפילה חופשית

נפילה חופשית היא מצב שבו פועל על גוף אך ורק כוח הכובד. כוח הכובד הוא הכוח שמושך כל גוף לכיוון מרכז כדור-הארץ.

בכדור הארץ אין באמת "נפילה חופשית" טהורה. האוויר יוצר חיכוך שנקרא גרר, והוא פועל נגד תנועת הגוף. גרר גדל כשהגוף נע מהר יותר. לכן התאוצה בזמן נפילה קטנה יותר מהתאוצה שנגרמת רק על ידי הכבידה. בסופו של דבר הגוף מגיע למהירות סופית, שהיא מהירות קבועה שבה גרר שווה למשקל.

תנועה כלפי מעלה או תנועה פרבולית (תנועה בצורת קשת) גם הן נפילה חופשית, כי הכוח היחיד שפועל הוא הכבידה. תנועה כזו נקראת תנועה בליסטית. גם תנועת הירח סביב הארץ היא נפילה חופשית: כוח הכובד משנה את כיוון תנועת הירח אבל כמעט לא משנה את גודל המהירות, ולכן הירח נע במסלול מעגלי סביב הארץ.

גלילאו הראה שהשינוי במהירות בעת העלאה שקול לשינוי במהירות בעת נפילה. ניוטון זיהה שהכוח שמשנה את המהירות הוא כוח הכובד. לפני כן חשבו על כך בצורה שונה, לפי אריסטו.

התאוצה בנפילה חופשית לא תלויה במסת הגוף. זהו עיקרון השקילות, שעליו בנה איינשטיין חלקים מתורת היחסות שלו. בקירוב ערך התאוצה על פני הארץ הוא g = 9.81 מטר לשנייה בריבוע. ערך זה משתנה מעט לפי הגובה והמקום על פני כדור-הארץ.

דוגמה ידועה: באפולו 15 הטילו בו זמנית פטיש ונוצה על הירח. הם נחתו יחד, כי על הירח כמעט אין אוויר.

נפילה חופשית היא מצב שבו פועל על גוף רק כוח אחד. הכוח הזה נקרא כוח הכובד. כוח הכובד מושך כל דבר כלפי מטה.

במציאות על פני הארץ יש אוויר. האוויר יוצר חיכוך שנקרא גרר. הגרר דוחף נגד הנפילה. בגלל זה הגוף לא נופל בדיוק כמו בלי אוויר. לפעמים הגוף מגיע למהירות סופית. זאת מהירות שבה הגרר שווה לכוח הכובד.

גם כשזורקים כדור вверх והוא חוזר, זו נפילה חופשית. כשגוף עף בקשת זה נקרא תנועה פרבולית או תנועה בליסטית. גם הירח נמצא בנפילה חופשית סביב כדור-הארץ. הכובד משנה רק את כיוון התנועת הירח, ולכן הוא מסתובב סביב הארץ.

גלילאו גילה שהמהירות משתנה בקצה מסוים בעליה ובנפילה. לפניו חשבו אחרת. המסקנה היא שכוח הכובד אחראי לשינוי המהירות.

דוגמה פשוטה: באפולו 15 השליכו פטיש ונוצה על הירח. הם נפלו בו זמנית שם, כי כמעט אין אוויר.