Brīvais kritiens

Ķermeņa brīvā krišana ir vienmērīgi paātrināta taisnvirziena kustība, kura notiek tikai ķermeņa smaguma spēka ietekmē. Jau XVI gadsimta beigās G. Galilejs atklāja, ka brīvi krītoša ķermeņa kustība ir vienmērīgi paātrināta kustība un ka visi ķermeņi krīt ar vienādu paātrinājumu. Gandrīz divu tūkstošu gadu garumā no Aristoteļa laikiem līdz G. Galileja atklājumam zinātnē valdīja uzskats, ka smagie ķermeņi krīt ātrāk nekā vieglie.

Krītošie ķermeni kustas ar paātrinājumu, tāpēc ka uz tiem iedarbojas smaguma spēks, un šo paātrinājumu sauc par brīvās krišanas paātrinājumu. Brīvās krišanas paātrinājuma vektoru apzīmē ar g, un tas vērsts vertikāli lejup. Brīvās krišanas paātrinājums dažādos ģeogrāfiskā platuma grādos ir dažāds: uz poliem 9,83 m/s2, uz ekvatora 9,78 m/s2. Tomēr, ja aprēķinos netiek prasīta īpaša precizitāte, brīvās krišanas paātrinājuma skaitlisko vērtību noapaļo līdz 9,8 m/s2 vai pat līdz 10 m/s2.

Vienkāršākais brīvās krišanas piemērs ir ķermeņa krišana no kāda augstuma h bez sākuma ātruma. Brīvā krišana ir vienmērīgi paātrināta taisnvirziena kustība ar konstantu paātrinājumu. Ja izvēlēsimies koordinātu asi OY, kas vērsta augšup, un par atskaites punktu pieņemsim Zemi, tad brīvo krišanu varēsim analizēt, izmantojot formulu, kas atrodas, pieņemot ka υ0 = 0, y0 = h, a = —g. Ja ķermenis atrodas punktā, kura koordināta y < h, tā pārvietojums s ir s = y — h < 0. Šis lielums ir negatīvs, tāpēc ka kustība notiek pretēji pozitīvajam ass OY virzienam.

Rezultātā iegūstam: υ = —gt.
Ātrums arī ir negatīvs, jo tas vērsts vertikāli lejup.

Caurulē ievietoti trīs dažādi priekšmeti, piemēram, skrots, korķis un putna spalva. Cauruli ātri apgriež. Visi trīs ķermeņi sasniedz caurules dibenu, bet tas notiek dažādā laikā: vispirms to sasniedz skrots, tad korķis un beidzot spalva. Taču tā tas ir tajā gadījumā, kad caurulē ir gaiss. Ja no caurules izsūknē gaisu, pēc izsūknēšanas aizver krānu un atkal apgriež cauruli, tad var redzēt, ka visi trīs ķermeņi nokrīt vienlaikus. Tātad visi ķermeņi vakuumā krīt ar vienādu paātrinājumu.
Tādu krišanu vakuumā, krišanu, kuru nekas netraucē, arī sauc par brīvo krišanu.
Daudzos gadījumos var neņemt vērā gaisa ietekmi uz brīvās krišanas paātrinājumu un uzskatīt, ka brīvās krišanas paātrinajums ir 9,8 m/s2. Turmāk aplūkosim tikai šādas kustības.

Brīvās krišanas paātrinājums 

Paātrinājums ir ķermeņa ātruma maiņas temps. Paātrinājumu fizikā apzīmē ar burtu a. Tas var būt gan negatīvs, gan pozitīvs. Paātrinājums, tāpat kā spēks, ir vektoriāls lielums. Ja paātrinājuma vektora virziens sakrīt ar ātruma vektora virzienu, tad pieņem, ka paātrinājums ir pozitīvs. Ja paātrinājuma vektors ir vērsts pretēji ātruma vektoram, tad pieņem, ka paātrinājums ir negatīvs. Paātrinājuma vektors vienmēr sakrīt ar spēka vektoru, jo paātrinājumu izraisa spēks. Paātrinājuma SI mērvienība ir m/s2. Paātrinājumu var uzskatīt arī par ātruma atvasinājumu pēc laika vai ceļa otro atvasinājumu pēc laika.

Izšķir arī konstanta lieluma paātrinājumus. Piemēram, brīvās krišanas paātrinājums, kas ir apmēram 9,8 m/s2. Uz vielu, kas atrodas noteiktā centrifūgas punktā, arī iedarbojas konstants paātrinājums, kas ir atkarīgs no centrifūgas griešanās ātruma un attāluma no ass. Spēks, kas iedarbojas uz ķermeni, kurš atrodas konstanta paātrinājuma laukā, ir atkarīgs no paātrinājuma un ķermeņa masas. Spēku, kas iedarbojas uz ķermeņiem, kuri atrodas Zemes pievilkšanas spēka (gravitācijas) laukā, sauc par svaru.

Klasiskā mehānika