Spadek swobodny

Spadek swobodny – ruch odbywający się wyłącznie pod wpływem ciężaru (siły grawitacji), bez oporów ośrodka.

Przykłady:

• ruch planet wokół Słońca, ruch Księżyca wokół Ziemi;
• ruch statku kosmicznego z wyłączonym napędem;
• spadek masywnego ciała w pobliżu powierzchni Ziemi z niewielkiej wysokości (wówczas prędkość spadku jest niewielka i siły oporu powietrza są zaniedbywalnie małe).

Przyjmuje się, że spadek rozpoczyna się od spoczynku, w odróżnieniu od ruchu w polu grawitacyjnym z prędkością początkową zwanego rzutem.

Przykładem tego typu zagadnień są szkolne zadania dotyczące rzutu ukośnego, pionowego lub poziomego.

Pojęcie spadku swobodnego odgrywa istotną rolę w ogólnej teorii względności. Jeden z jej podstawowych postulatów głosi bowiem, że krzywa w czasoprzestrzeni opisująca ruch będący spadkiem swobodnym jest czasopodobną krzywą geodezyjną.

Spadek swobodny w pobliżu powierzchni Ziemi

Jeżeli spadek ma miejsce z małej wysokości w pobliżu powierzchni Ziemi i dotyczy ciała o stosunkowo dużej gęstości i aerodynamicznym kształcie (np. kuli), wówczas ruch takiego ciała można z dobrym przybliżeniem traktować jak ruch jednostajnie przyspieszony z przyspieszeniem ziemskim g bez prędkości początkowej. Ruch ten opisuje kinematyczne równanie ruchu w postaci:

$h(t)=h_{0}-{\frac {gt^{2}}{2}},$

gdzie

• $h(t)$ – wysokość, na jakiej znajduje się ciało po czasie $t$
• $h_{0}$ – wysokość z jakiej spada ciało
• $t$ – czas spadania

Wzór ten zapisany jest w układzie odniesienia, który stanowi oś skierowana pionowo w górę o początku na powierzchni Ziemi.

Spadek swobodny w ogólnej teorii względności

W ogólnej teorii względności obiekt spadający swobodnie nie podlega działaniu żadnych sił porusza się wzdłuż linii geodezyjnej. Jeżeli ciało jest daleko od dużych mas, to czasoprzestrzeń jest płaska i ciało spadające swobodnie porusza się po linii prostej – co jest zgodne z mechaniką Newtona. Mechanika Newtona nie opisuje zaś ruchu w przestrzeni zakrzywionej.

Zobacz też

• spadkownica Atwooda

Bibliografia

• RobertR. Resnick RobertR., DavidD. Halliday DavidD., Podstawy fizyki, wyd. 9, t. 1, Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1993, ISBN 83-01-09323-4 . Brak numerów stron w książce
• B.B. Jaworski B.B. i inni, Kurs fizyki, wyd. 8, t. 1, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1979, ISBN 83-01-01265-X . Brak numerów stron w książce

Linki zewnętrzne

• Matt J. Carlson, Free falling in outer space, kanał TED-Ed na YouTube, 6 lipca 2013 [dostęp 2024-08-30].