Skip to main content

נפילה חופשית

"נפילה חופשית" הוא ביטוי בו משתמשים בפיזיקה לציון תנועתו של גוף בהשפעת כוח הכובד בלבד. למשל: אם מחזיקים אבן ביד ועוזבים אותה, האבן תיפול לארץ ב"נפילה חופשית".

שני המדענים שתרמו להבנה המדעית המקובלת אודות נפילת גופים הם גליליאו גליליי ואייזיק ניוטון.
עד המאה ה-17 שלטה התפיסה המדעית של אריסטו, לפיה:

  1. לכל חומר יש "מקום טבעי" אליו הוא שואף להגיע (לדוגמה: המקום הטבעי של אבן הוא מרכז כדור הארץ, ולכן כאשר עוזבים אותה היא נעה לכיוון זה).
  2. גופים כבדים נופלים מהר יותר מאשר גופים קלים, משום ששאיפתו של גוף כבד להגיע למרכז כדור הארץ היא גדולה יותר מזו של גוף קל (ואכן, גוש עופרת כבד נופל מהר יותר מנוצה קלה).
  3. נפילתם של גופים אל פני כדור הארץ הולכת ומואצת משום שהגופים הכבדים מאיצים את תנועתם בעת שהם מתקרבים למקומם הטבעי, בדומה לסוס המחיש את צעדיו כאשר הוא מתקרב לאורווה שלו.
  4. התנועה הטבעית של הכוכבים היא מעגלית.


גליליאו גליליי (1564-1642) חקר את הנפילה החופשית בסוף המאה ה-16 והראה כי זו תנועה בתאוצה קבועה לגבי כל הגופים הנופלים חופשית במקום מסויים על פני כדור הארץ ללא תלות במסתם. הוא תלה את ההבדל בין מהירות הנפילה של עופרת ושל נוצה בהתנגדות האוויר.
אייזיק ניוטון (1643-1727) הסביר את כל התופעות הכרוכות בנפילה חופשית בקיומו של כוח הכובד שפועל בין כדור הארץ לבין הגופים. כוח זה גורם לתאוצת הנפילה, הוא מושפע מהמרחק שבין מרכז כדור הארץ לבין הגוף (ולכן הוא משתנה במקומות שונים על פני כדור הארץ) והוא הגורם לתנועת הירח סביב כדור הארץ ולתנועת הכוכבים סביב השמש. את ההבדל בין מהירות הנפילה של עופרת ושל נוצה הוא הסביר באמצעות כוח החיכוך שמפעיל האוויר.
ואכן, כאשר מפילים שני גופים בעלי מסה שונה בריק הם נופלים באותה התאוצה. אחת ההדגמות המרתקות לטענותיהם של גליליאו וניוטון התקבלה כאשר שני האסטרונאוטים הראשונים שנחתו על הירח הטילו בו זמנית פטיש ונוצה על קרקע הירח והראו בבירור ששני הגופים נפלו בו זמנית על קרקע הירח חסר האטמוספירה.

תאוצת הנפילה החופשית על פני כדור הארץ מסומנת באות g והיא שווה בקירוב ל־9.81 מטר לשנייה בריבוע. גודל זה משתנה במקומות שונים על פני כדור הארץ בהתאם לגובה המקום מעל פני הים ולמרחקו מקו המשווה.

מאחר שנפילה חופשית היא כל תנועה תחת השפעת כוח הכובד בלבד הרי שהיא אינה חייבת להתרחש כנפילה כלפי מטה בקו ישר. לכן, היבטים אחדים של המושג "נפילה חופשית" אינם מסתדרים עם האינטואיציה היומיומית. למשל: הטענה שגם תנועה כלפי מעלה או תנועה בצורה פרבולית כלולות במושג "נפילה חופשית" (משום שהכוח היחיד הפועל על הגוף הנע הוא כוח הכובד). כאשר אבן נזרקת כלפי מעלה, אנשים רבים טוענים כי האבן נעה כלפי מעלה כי היד ממשיכה להפעיל עליה כוח גם לאחר שכבר אין מגע בין היד לבין האבן. לפי ניוטון, היד אמנם העניקה לאבן מהירות התחלתית אך משהאבן עזבה את היד – הכוח היחיד הפועל על האבן הוא כוח הכובד. הוא הדין באבן הנזרקת אופקית – הכוח היחיד הפועל עליה הוא כוח הכובד.

טענה נוספת שאינה מסתדרת עם האינטואיציה היומיומית היא הטענה שהירח ולוויינים המשוגרים למסלול סביב כדור הארץ נמצאים ב"נפילה חופשית". לפי המכניקה הניוטונית, כדור הארץ מפעיל על הירח ועל הלוויינים כוח כובד, המשנה כל הזמן את כיוון המהירות של הירח ושל הלוויינים ולא את גודלה. הירח והלוויינים "נופלים" כל הזמן לכיוון כדור הארץ אך אינם מגיעים אליו אלא מקיפים אותו.

נוצר בתאריך: 11/09/08
עודכן בתאריך: 18/11/12