Voľný pádVoľný pád

Už Galileo Galilei sa zaoberal štúdiom voľného pádu. Keďže v tom čase ešte neexistovali presné hodiny, použil ako metódu merania času váženie hmotnosti vody vytečenej  otvorom počas doby pádu telies, a tak zistil, že dráha telies pri páde je úmerná štvorcu času, a to nezávisle na tiaži telesa. Tieto svoje výsledky demonštroval pred celou univerzitou i pred verejnosťou už v sedemnástom storočí. Každý mohol vidieť pri pokusoch na šikmej veži v Pise, že všetky telesá padajú s rovnakým zrýchlením a že profesori učia nezmysly [1].

Fyzikálny základ

Voľný pád je špeciálny prípad pohybu rovnomerne zrýchleného s nulovoupočiatočnou rýchlosťou. Ide o pohyb telesa voľne pusteného v blízkosti povrchu Zeme vo vákuu. Blízkosť povrchu Zeme je dôležitý pre predpoklad, že tiažové zrýchlenie je konštantné. Druhý predpoklad pohyb vo vákuu, je dôležitý preto, aby teleso nebolo nadľahčované vzduchom a nepôsobili na neho odporové sily. Zrýchlenie voľného pádu sa nazýva tiažové zrýchlenie a označuje sa g. Na tom istom mieste je pre všetky telesá konštantné. Mení sa s nadmorskou výškou a zemepisnou šírkou [2].

Keďže sa jedná o pohyb rovnomerne zrýchlený s nulovou počiatočnou rýchlosťou, popisujeme ho vzťahmi                      rýchlosť              a               dráha

kde h je výška nad povrchom Zeme, z ktorej bolo teleso pustené, v je veľkosť rýchlosti padajúceho telesa a t je čas [2].

Medzi ďalšie charakteristiky voľného pádu patrí čas dopadu td, čiže čas, ktorý uplynie od pustenia telesa z výšky  do jeho dopadu na Zem, a veľkosť rýchlosti dopadu vd, teda rýchlosť, ktorou teleso dopadne na Zem.
Čas dopadu  môžeme vyjadriť zo vzťahu            rychlosť dopadu

nasledovne                              čas dopadu

Pre veľkosť rýchlosti dopadu na Zem vd, je potrebné si uvedomiť, že túto rýchlosť bude mať teleso v čase dopadu td. Potom pre rýchlosť dopadu môžeme písaťvzťah          rýchlosť dopadu.
Po dosadení vzťahu pre čas dopadu td  a uprave dostávame vzťah pre rýchlosť dopadu v tvare          rýchlosť dopadu.

Vidíme, že vo vzťahoch nevystupuje hmotnosť telesa. To ale znamená, že telesá s rôznymi hmotnosťami spustené z rovnakej výšky, za našich predpokladov, ktoré sme si stanovili na začiatku, dopadnú naraz a s rovnakými rýchlosťami. To, ako sme uvádzali na žačiatku, demonštroval už Galieo Galilei.

Ovládanie appletu

Po spustení appletu sa zobrazí v animačnej časti obrázok budovy Slovenského rozhlasu v Bratislave. Pomocou zaškrtávacích políčok je možné zobraziť stopky, meradlo graf závislosti rýchlosti ako funkcie času a graf závislosti dráhy ako funkcie času. Tieto komponenty, okrem meradla, sa modifikujú podľa aktuálneho stavu simulácie a zobrazujú príslušné hodnoty. Meradlo je statický komponent, ktorý sa nedá meniť, slúži na odčítanie hodnoty výšky.
Po zvolení požadovaných hodnôt z ponuky výberovej lišty pre poschodie (táto hodnota neudáva výšku ale poschodie) a tiažové zrýchlenie sa sprístupnia tlačidlá. Tlačidlom Štart spustíme simuláciu voľného pádu a tlačidlom Reset, vynulujeme všetky zaznamenané hodnoty a vymažeme vykreslené grafy a animované padajúce teleso.

Poschodie je možné zvoliť z celých hodnôt v rozsahu 1 až 7.
Tiažové zrýchlenie môžeme zvoliť na väčšine planét slnečnej sústavy doplnené o dva neznáme tiažové zrýchlenia.

Je potrebné uviesť, že applet nepopisuje skutočné rozmery budovy Slovenského rozhlasu. Tieto hodnoty sú prispôsobené kvôli názornosti simulácie. A ešte pripomíname, že sa jedná o simuláciu voľného pádu vo vákuu (neuvažujeme odpor prostredia)