Det frie fald

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Gå til: navigation, søg

Det frie fald er en matematisk model, som fysikken bruger til at beregne, hvordan objekter bevæger sig i et "lokalt" område i et tyngdefelt, når de alene påvirkes af dette tyngdefelt. Området er lokalt, fordi modellen "går ud fra", at tyngdeaccelerationen er konstant, hvilket er tilnærmelsesvis korrekt inden for et lille afgrænset område af et udstrakt tyngdefelt.

Modellen for frit fald er ikke eksakt[redigér | redigér wikikode]

Fuldstændig konstant er denne acceleration dog ikke. Da tyngdekraften varierer med afstanden mellem massecentrene i Jorden og det faldende legeme, vil tyngdeaccelerationen også variere en smule med højden. Ved Jordens overflade udvirker planetens tyngdekraft en tyngdeacceleration af ca. 9,82 m/s² (dog afhængigt af den breddegrad man befinder sig på). Stiger man fra havniveau til ti kilometers højde over dette, vil den øgede afstand til Jordens massecenter sænke denne værdi med blot 0,03 m/s².

Frit fald; en del af bevægelseslæren[redigér | redigér wikikode]

Inden for bevægelseslæren har man en række generelle formler for bevægelse ved konstant acceleration: For frit faldende legemer er accelerationen en konstant størrelse nær jordoverfladen, man anvender ofte værdien 9,82 m/s² i Danmark, så med bevægelsesformlerne kan man nøje beregne den øjeblikkelige højde og (lodrette) fart til ethvert tidspunkt i løbet af faldet.

Frit fald betyder at atmosfæren ikke yder nogen modstand mod bevægelsen, da det ikke er muligt at fjerne atmosfæren i større områder, må man betragte bevægelsesformlerne som idealiserende formler; som passer meget godt for små, tunge objekter næsten uden luftmodstand.

Frit fald i flere dimensioner[redigér | redigér wikikode]

Acceleration er matematisk set en vektor, dvs en størrelse, der har en udstrækning (længde) og en retning. En vektor afbildes grafisk som en pil. Tyngdeaccelerationens retning er direkte hen imod massecenteret for det legeme (f.eks. Jorden), der udøver tyngdekraften: Faldende legemers hastighed målt i tyngdeaccelerationens retning dvs. "lodret") vil vokse proportionalt med tiden.
Tyngdeaccelerationen har derimod ingen indflydelse på den hastighed, et faldende legeme måtte have i retninger vinkelret på tyngdeaccelerationens retning: En bil, der kører ud over en skrænt med 60 km/t, vil blive ved med at opretholde 60 km/t målt i det vandrette plan, men tyngdeaccelerationen vil samtidig få bilen til at accelerere nedad, dvs. forøge dens hastighed målt i lodret retning. Bilen vil, efter at have forladt skrænten, følge en parabel-formet bane. Bolde og andre legemer, der sparkes eller kastes mere eller mindre skråt til vejrs, vil ligeledes følge en såkaldt kasteparabel.