Freier Fall

Die Fallbewegung eines Körpers, die nicht durch den Luftwiderstand behindert wird, nennt man freien Fall.
Der freie Fall ist eine gleichmäßig beschleunigte geradlinige Bewegung. Damit gelten für den freien Fall die Gesetze der gleichmäßig beschleunigten Bewegung.

Die Beschleunigung, mit der ein frei fallender Körper fällt, wird als Fallbeschleunigung g bezeichnet. Da die Fallbeschleunigung vom jeweiligen Ort abhängig ist, nennt man sie manchmal auch Ortsfaktor. Die Fallbeschleunigung an der Erdoberfläche hat folgende Werte: $\begin{array}{l}\text{am Äquator: 9}\text{,787 }\frac{\text{m}}{{\text{s}}^{\text{2}}}\\ \text{am Pol: 9}\text{, 832 }\frac{\text{m}}{{\text{s}}^{\text{2}}}\\ \text{mittlerer Wert: 9}\text{,807 }\frac{\text{m}}{{\text{s}}^{\text{2}}}\approx \mathrm{9,81}\frac{\text{m}}{{\text{s}}^{\text{2}}}\\ \text{Häufig wird mit dem Näherungswert }g=10\frac{\text{m}}{{\text{s}}^{\text{2}}}\text{ gerechnet}\text{.}\end{array}$

Gesetze des freien Falles

Die Gesetze für den freien Fall gelten nur im Vakuum, also bei einer Bewegung ohne Luftwiderstand. Nur im Vakuum fallen alle Körper gleich schnell. Die Gesetze gelten auch näherungsweise für den Fall in Luft, wenn der Luftwiderstand vernachlässigt werden kann. Das kann bei schweren Körpern und kleinen Fallstrecken bzw. kleinen Fallzeiten angenommen werden.
Für den freien Fall gelten das Weg-Zeit-Gesetz, das Geschwindigkeit-Zeit-Gesetz und das Geschwindigkeit-Weg-Gesetz:

$\begin{array}{l}\text{Weg-Zeit-Gesetz: }s=\frac{g}{2}{t}^2\\ \text{Geschwindigkeit-Zeit-Gesetz: }v=g\cdot t\\ \text{Geschwindigkeit-Weg-Gesetz: }v=\sqrt{2g\cdot s}\end{array}$

Die Gesetze des freien Falls wurden von GALILEO GALILEI (1564-1642) gefunden.

Grenzen der Anwendbarkeit der Gesetze

Der Fall eines Steines aus 20 m Höhe oder der Sprung einer Person von einem 10-m-Turm können als freier Fall betrachtet werden, da in diesen Fällen der Luftwiderstand vernachlässigt werden kann. Für einen am Fallschirm schwebenden Fallschirmspringer sind die Gesetze des freien Falls nicht anwendbar, weil in diesem Fall der Luftwiderstand nicht vernachlässigt werden kann. Auch für Regentropfen gelten die Gesetze des freien Falls nicht. So erreichen aufgrund des Luftwiderstandes

• ohne geöffneten Fallschirm aus großer Höhe fallende Menschen eine Geschwindigkeit von etwa 200 km/h,
• Regentropfen in unmittelbarer Nähe des Erdbodens je nach Größe eine Geschwindigkeit von bis zu 30 km/h.