§ 52. Свободное падение тел.

Если камень и комок бумаги начали падать с одинаковой высоты одновременно, то камень достигнет земли раньше, чем комок. Из подобных повседневных наблюдений, казалось бы, следует, что под действием силы тяжести тяжелые тела падают быстрее легких. Такое неверное заключение и было сделано еще в древности великим греческим философом Аристотелем (384—322 гг. до нашей эры), и это воззрение продержалось в науке в течение почти двух тысяч лет! Только в 1583 г. Г. Галилей на основании более глубокого опытного изучения законов падения опроверг мнение Аристотеля. Галилей выяснил, что в обычных условиях тела падают под действием не только силы тяжести, но и сил сопротивления воздуха (§ 68) и что истинный закон падения под действием только силы тяжести искажается сопротивлением воздуха. Галилей установил, что в отсутствие этого сопротивления все тела падают равноускоренно и, что весьма важно, в данной точке Земли ускорение всех тел при падении одно и то же.

Сопротивление воздуха искажает законы падения потому, что оно зависит главным образом от размеров тела. Например, для перышка оно больше, чем для дробинки, в то время как земное притяжение для перышка слабее, чем для дробинки. Поэтому сопротивление воздуха гораздо значительнее уменьшает скорость падения перышка, чем дробинки. В вакууме же все тела падают с одинаковым ускорением независимо от их размеров, материала и т. д. Опыт с падением тел в трубке, из которой выкачан воздух, подтверждает это заключение (рис. 75). В трубку помещают, например, перышко и дробинку. Если в трубке находится атмосферный воздух, то, хотя перышко и дробинка одновременно начинают падение с одной и той же высоты (для этого нужно трубку с обоими телами, лежащими в конце трубки, перевернуть этим концом кверху), перышко сильно отстает от дробинки. Если же повторить опыт после того, как из трубки откачан воздух, то перышко и дробинка достигают дна трубки одновременно и, значит, падают с одинаковым ускорением.

Рис. 75. В трубке, из которой выкачан воздух, перышко падает так же быстро, как дробинка

Если сопротивление воздуха так мало, что им можно пренебречь, то тело, освобожденное от подставки или подвеса, будет падать, находясь все время под действием практически только силы притяжения Земли (свободное падение). Сила земного притяжения не остается строго постоянной при падении тела. Она зависит от высоты тела над Землей (§ 56). Но если падение происходит не с очень большой высоты (так что изменение высоты тела при падении очень мало по сравнению с радиусом Земли, равным примерно 6400 км), то силу земного притяжения практически, можно считать постоянной. Поэтому можно считать, что в обычных условиях ускорение свободно падающего тела остается постоянным и свободное падение есть равноускоренное движение.