Рассмотрим самый распространенный вид равноускоренного движения в природе –это свободное падение тел в полетяготения Земли.Например, наблюдение за потоком воды в водопаде показывает, что у поверхности Земли поток разделяется на отдельные капли. Это означает, что скорость падения нижней части и верхней части потока оказывается разным, причем скорость падения нижней части больше чем верхней, т.е. свободное падение на Землю является ускоренным.

Аристотель утверждал, что тяжелые тела падают на Землю быстрее легких, а в конце XVI века знаменитый итальянский ученый Г. Галилей опытным путем установил, что все тела падают на Землю равноускоренно в отсутствие сопротивления воздуха и что в данной точке Земли ускорение всех тел при падении одно и то же.

Наблюдая падение различных тел (пушечное ядро, мушкетная пуля и т д) со знаменитой наклонной Пизанской башни, Галилей доказал, что Земной шар сообщает всем телам одно и то же ускорение. Однако это утверждение не кажется очевидным, так как противоречит повседневному опыту, например, если взять баскетбольный мяч, птичье перо, развернутую газету и одновременно бросить все эти предметы с высоты на Землю, то можно заметить, что их ускорения различны. Это объясняется тем, что на пути к Земле телам приходится проходить сквозь воздух, который мешает их движению. Если бы тела падали в трубке, из которой откачан воздух, то их ускорения оказались бы одинаковыми.

Это утверждение было доказано И. Ньютоном (1643-1727) с помощью толстостенной стеклянной трубки длиной около 1 м, один конец которой запаян, а другой снабжен краном.

Если поместить в трубку, из которого не откачали воздух, например: дробинку, пробку и птичье перо, а затем быстро перевернуть трубку, то все три тела упадут на дно трубки в разное время: сначала дробинка, затем пробка и, наконец, перо. Стоит только воздух откачать насосом и снова перевернуть трубку, то все три тела упадут одновременно. Следовательно, движение пера задерживалось сопротивлением воздуха, которое меньше сказывалось на движении дробинки и пробки. Когда же на эти тела действует только притяжение к Земле, то все они падают с одним и тем же ускорением, и если при их падении сопротивление воздуха отсутствует, то ускорение падающих тел постоянно. Оно всегда направлено вниз, даже если тело подбрасываем вверх, т.к. все тела, брошенные с какой-либо высоты или подброшенные вверх, всегда испытывают земное притяжение.

Все тела, независимо от их массы, в отсутствие сил сопротивления воздуха падают на Землю с одинаковым ускорением, называемым ускорением свободного падения.

Его принято обозначать g. Числовое значение g оказывается неодинаковым в различных точках земного шара в зависимости от географической широты и высоты над уровнем моря, изменяясь примерно от 9,83 м/с2 на полюсах до 9,78 м/с2 на экваторе.

Ускорение свободного падения тел на Землю впервые измерил Кристиан Гюйгенс в 1656 г. с помощью маятниковых часов, измерив длину нити Lи период колебаний Т:

Вблизи поверхности Земли ускорение свободного падения равно g= 9, 8 м/с2 .

На Луне нет атмосферы, поэтому астронавты наблюдали синхронное падение предметов, происходящее с одинаковым ускорением. Ускорение свободного падения тел на Луне примерно в 6 раз меньше, чем на Земле, оно равно 1, 6 м /с2.

Свободное падение описывается теми же формулами, что и любое равноускоренное движение. Например, при падении тела с высоты проекции векторов скорости и перемещения рассчитываются по формулам:

Но чтобы отличать свободное падение от всякого другого прямолинейного равноускоренного движения, принято обозначать модуль ускорения свободного падения буквой g , а модуль перемещения – буквой h .

Поэтому формулы выглядят так:

Пользуясь этими формулами, можно вычислить время падения тела с заданной высоты, скорость падающего тела в любой точке и в любой момент времени и т. д

При движении тела вниз векторы ускорения свободного падения, скорости и перемещения направлены в одну и ту же сторону, поэтому их проекции имеют одинаковые знаки.

При движении вверх вектор скорости тела и вектор ускорения свободного падения направлены в противоположные стороны, поэтому их проекции всегда имеют разные знаки.

Движение тела только под влиянием притяжения к Земле называют свободным падением. Земной шар сообщает всем телам одно и то же ускорение. Если сопротивление воздуха отсутствует, то вблизи поверхности Земли ускорение падающего тела постоянно. Ускорение свободного падения является векторной величиной и всегда направлено вниз.