Fyzikálny základ
Voľný pád je špeciálny prípad pohybu rovnomerne zrýchleného s nulovou počiatočnou 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 [10].
Keďže sa jedná o pohyb rovnomerne zrýchlený s nulovou počiatočnou rýchlosťou, popisujeme ho vzťahmi
a
kde h je výška nad povrchom Zeme, z ktorej bolo teleso pustené, v je veľkosť rýchlosti padajúceho telesa a t je čas [10].
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
nasledovne
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 písať vzťah .
Po dosadení vzťahu pre čas dopadu td a úprave dostávame vzťah pre rýchlosť dopadu v tvare .
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 začiatku, demonštroval už Galieo Galilei.