זריקת גופים - נפילה חופשית

הכל התחיל מגלילאו גליליי, איטלקי שלמד באוניברסיטת פיזה. זוהי עיר באיטליה המפורסמת על ידי מגדל פיזה, אשר נטוי לאדמה אך לא נופל. הסיפור שמספרים על גליליי שהוא זרק גופים שונים במשקלם מגג המגדל והוכיח שכל הגופים נפלו אותו זמן.

מנסיון החיים, אנחנו יודעים שלא יתכן שטבעת ברזל וכדור פורח ייפלו בו זמנית מאותו גובה. מתברר שגליליי עשה ניסוים אחרים לגמרי, ובאמת הוכיח שזמן נפילת הגופים קרוב לכדה"א לא תלוי במסתם. מסקנה, לא כל מה שמספרים זו אמת.

התברר שעל הירח זה מתקיים. כל הגופים נופלים באותו זמן למרות ההבדל במסתם. למה על כדה"א זה לא מתקיים? כי לנו יש אויר והוא מספיק צפוף, כדי להאט את כדור פורח, אך לא מספיק כדי להאט את טבעת ברזל. גליליי גם חישב את תאוצת הנפילה של הגופים ליד כדה"א. הוא עשה עוד הרבה דברים מעניינים.

בערך 70 שנה אחריו, הופיע אייזיק ניוטון עם הוכחה מתמטית מדויקת שבחלל כל הגופים נופלים באותה תאוצה בלי קשר למסתם, כי בחלל אין אוויר. גם על ניוטון ישנו סיפור שרץ שנים. הסיפור על זה שניוטון נרדם מתחת לעץ ועליו נפל תפוח. אדם רגיל היה חוזר לישון, אך ניוטון מיד שאל את עצמו, מדוע התפוח בכלל נפל?

התאוצה של נפילה החופשית היא קבועה לכל הגופים בכדה"א, אך בכל כוכב לכת אחר התאוצה הזאת שונה, כי היא תלויה במסת הכוכב הלכת ורדיוסו. מכאן המשקל בכל כוכב לכת הוא שונה.

לדוגמה, תאוצת נפילה חופשית בירח היא 1.6 ו בצדק היא כמעט 26. משמעות שאדם השוקל בכדה"א 60kg, ישקול בירח בערך 10kg ובצדק ישקול 156kg. בצדק קצת בעייתי לשקול אדם כי זהו כוכב הגדול ביותר במערכת השמש שלנו והוא כולו מלא גזים, אין בו קרקע.  

אסטרונאוטים הנמצאים בתחנת החלל נראים מרחפים כי הם נמצאים בנפילה חופשית עם כל התחנה. לתחנת החלל יש מהירות מאונכת לכוח משיכה. התחנה נופלת וזזה הצידה, נופלת וזזה הצידה... בו זמנית.

זריקה אופקית

באילו מקרים הגוף נזרק אופקית? תנסו לגרום לכדור על השולחן לנוע אופקי. האם הוא ימשיך אופקי? או יפול מיד על הרצפה? תנסו להדוף את הכדור בכוח חלש ואחר כך תנסו חזק יותר. האם הכדור מגיע לנקודה ממול בגובה השולחן? (שחררו את השטח מול השולחן, כדי לא לשבור חפצים) שמתם לב שהכדור לא ממשיך אופקית למרות שזרקתם בכיוון אופקי? הכדור משתתף בו זמנית בשתי תנועות:

1. אופקית, כי נזרק אופקית

2. נופל אנכית מטה בגלל כוח הכובד של כדה"א

איך נוחתים ממטוס עם מצנח? המטוס טס אופקי. הצנחן יוצא מהמטוס במהירות אופקית של המטוס ומיד מתחיל ליפול חופשי. המסלול של הצנחן הוא כמו בציור מעלה עד לפתיחת המצנח. הצנחן ממשיך אופקי כמו במטוס ובו זמנית נופל כמו אבן.

זריקה בזוית

הרבה יותר דוגמאות לזריקות הן בזוית כלשהי. טניס, כדורסל, כדורגל, ירי רקטות מהקרקע.

הכדור או הרקטה משתתפים בשתי תנועות בו זמנית:

1. עולים אנכית מעלה בתאוטה, לאחר מכן יורדים בתאוצה

2. נעים אופקית בשוות-מהירות

אם זורקים בשתי זויות שסכומן 90° , כמו 60° ו 30°, טווח הזריקה זהה. ואם זורקים בזוית 45°, טווח זריקה מירבי.