Serbest düşme

Klasik mekanikte serbest düşme, yerçekiminden başka bir kuvvetin etkilemediği bir fiziksel maddenin devinimine verilen addır. Genel görelilik bağlamında ise yerçekimi uzay-zaman boyutunda değerlendirildiğinden, üzerinde herhangi bir kuvvetin bulunmadığı devinim serbest düşme olarak adlandırılır. Başka bir kuvvetin mevcut olmadığı ortamlarda yerçekimi bir nesnenin her yanına eşit oranda etkir ve bu durum ağırlıksızlık olarak tanımlanır.

Bir elmanın serbest düşüşü

Newton fiziğinde, serbest düşüş sadece yerçekimi kuvvetinin etki ettiği cisim hareketi olarak tanımlanır. Genel görelelik şartlarında, çekim uzay-zaman eğriliğine indirgendiğinde, serbest düşüşte bir cisim üzerinde hiçbir kuvvet bulunmaz.

Bir cisim teknik açıdan bakıldığında "serbest düşüş" genel düşüncenin aksine yere düşüyor olmayabilir. Yukarı hareket eden bir cisim, eğer üzerinde sadece yerçekimi kuvveti etki ediyorsa, normal olarak düşüyor farz edilir. Bu nedenle, Ay serbest düşüştedir.

Kabaca yerçekimi alanı, diğer kuvvetlerin yokluğunda, yerçekimi her bir cisme yaklaşık olarak eşit davranır, böylece ağırlıksızlık hissine yol açar, ağırlıksızlık yerçekimi alanının zayıf olduğunda (örnek olarak yerçekimi kaynağından yeterince uzak bir konumda) yaşanan bir durumdur.

"Serbest düşüş" tabiri genelde yukarıdaki katı tabirden daha serbest kullanılır. Bu nedenle, açılmış bir paraşüt olmadan atmosferden düşmek, veyahut uçan bir araçtan, serbest düşüş olarak değerlendirilir. Aerodinamik sürükleme kuvvetleri böyle durumlarda tamamıyla ağırlıksızlık hissinden engeller ve böylece gökdalışçının "serbest düşüşü" terminal hıza ulaştıktan sonra vücudun ağırlığının havadan oluşan bir yastıkla desteklendiği hissini oluşturur.

Tarihi

On altıncı yüzyıldan önceki batı dünyasında, genel olarak düşen bir cismin hızı ağırlığına doğru orantılı olacağı farz edilmiştir, yani 10 kilogram bir objenin 1 kilogram aynı maddeden oluşan bir objeden aynı ortamda daha hızlı düşeceği beklenmiştir. Antik Yunan filozofu Aristoteles (384-322 MÖ) Fizik'te (7.Kitap) düşen objeleri tartıştı. (mekaniklerde en eski kitaplardandır) (Aristoteles fiziğine bakınız)

On ikinci yüzyıl Irak'ında, Ebu'l-Berekât Bağdâdi düşen cisimlerin yerçekimsel ivmesine düşen cisimlerin ivmesine, ardışık hız artışları sonucu ardışık güç artışlarının toplamı olarak bir açıklama getirmiştir. Shlomo Pines'e göre, Bağdâdi'nin hareket teorisi "Aristoteles'in temel dinamik yasasına [yani, sabit güç değişmeyen hareket oluştururak] en eski reddiyedir [ve böylece] klasik fiziğin temel [yani, sürekli olarak uygulanan gücün ivme oluşturacağı] yasasının anlaşılmaz modasının belirsiz bir şekilde öngörülmesidir". On dördüncü yüzyılda, Jean Buridan ve Saksonyalı Albert, düşen bir cismin hızlanması, artan ivmesinin bir sonucu olduğunun açıklamasını yaparken Ebu Berekât'ın açıklamasına atıfta bulunmuştur.

Uydurma olabilecek bir hikâyeye göre, 1589-92 yıllarında Galileo, eşit olmayan ağırlıktaki iki cismi Pisa Kulesi'nden bıraktı. Böyle bir düşüşün meydana gelme hızı göz önüne alındığında, Galileo'nun bu deneyden çok fazla bilgi elde etmiş olabileceği şüpheli bir konudur. Kendisinin düşen objelere gözlemleri aslında yokuşlardan aşağı yuvarlanan cisimlerle ilgili gözlemlerdi. Bu durum, zaman aralıklarını su saatleri ve kendi nabzıyla ölçebildiği noktaya kadar yavaşlattı. (kronometreler henüz icat edilmemişti) Bunu, "iki gözlem arasındaki sapmanın bir nabız atımının onda birini asla aşmadığı bir doğruluk" elde edene kadar "tam yüz kez" tekrarladı. 1589-92 yılları arasında, Galileo De Motu Antiquiora'yı, yayınlanmamış düşen cisimlerin hareketlerine dair makale yazdı.

Örnekler

Serbest düşüşteki obje örnekleri şunlardır:

• İtiş gücü olmayan uzaydaki bir uzay aracı. (örnek olarak serbest bir yörüngedeyse veya yörünge altı yoldaysa (balistik) (birkaç dakika yukarı çıkıp daha sonra aşağı iniyorsa))
• Serbest düşme tübünün başından bırakılan bir obje.
• Yukarı fırlatılan bir obje veya yerden yukarı yavaş hızlarda zıplayan bir insan. (hava direnci ağırlığa göre önemsizken)
• Ağaçtan düşen elma.