Spadek swobodny

Spadek swobodny[1] – ruch odbywający się wyłącznie pod wpływem ciężaru (siły grawitacji), bez oporów ośrodka[2].

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:

gdzie

  • – wysokość, na jakiej znajduje się ciało po czasie
  • – wysokość z jakiej spada ciało
  • – 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

Przypisy

  1. ↑ Spadek swobodny, [w:] David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Podstawy fizyki, t. 1, Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2007, s. 27, ISBN 978-83-01-14024-3.
  2. ↑ spadanie ciał, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2022-03-19].

Bibliografia

  • Robert Resnick, David Halliday, Podstawy fizyki, wyd. 9, t. 1, Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1993, ISBN 83-01-09323-4.
  • B. Jaworski i inni, Kurs fizyki, wyd. 8, t. 1, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1979, ISBN 83-01-01265-X.