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自由落下 オブジェクトに作用する唯一の力が重力である物理学の状況を指します。
最も単純な例は、オブジェクトが地球の表面上の特定の高さから真下に落ちるときに発生します。これは1次元の問題です。オブジェクトが上に投げられたり、強制的にまっすぐ下に投げられたりした場合、例はまだ一次元ですが、ひねりがあります。
発射体の動きは、自由落下の問題の典型的なカテゴリです。もちろん、実際には、これらのイベントは3次元の世界で展開しますが、物理学の入門のために、紙（または画面）で2次元として扱われます。 バツ 右と左（右が正の場合）、および y アップとダウン（アップはプラス）
したがって、自由落下の例では、y変位の値が負になることがよくあります。
いくつかの自由落下の問題がそのように適格であることは、おそらく直観に反しています。
唯一の基準は、オブジェクトに作用する唯一の力が重力（通常は地球の重力）であることです。オブジェクトが巨大な初期力で空に打ち上げられたとしても、オブジェクトが解放された後、オブジェクトに作用する力は重力のみであり、現在は発射体です。
重力のユニークな貢献
重力による加速度のユニークで興味深い特性は、すべての質量で同じであるということです。
これは、ガリレオ・ガリレイ（1564-1642）の時代まで、自明ではありませんでした。これは、実際には、物体が落下する際に作用する力は重力だけではなく、空気抵抗の影響により、軽い物体がよりゆっくりと加速する傾向があるためです。岩と羽の落下速度を比較すると、気づきました。
ガリレオはピサの斜塔で巧妙な実験を行い、重力の加速度が質量に依存しないことを塔の上部から異なる重量の質量を落とすことで証明しました。
自由落下の問題を解決する
通常、初期速度（v0年）、最終速度（vy）または何かが落ちた距離（y − y0）。地球の重力加速度は一定の9.8 m / sですが2、他の場所（月など）で、自由落下中のオブジェクトが受ける一定の加速度は異なる値を持ちます。
1次元の自由落下（たとえば、木からまっすぐ落ちてくるリンゴ）の場合は、 自由落下オブジェクトの運動方程式 セクション。 2次元の発射体運動の問題については、セクションの運動方程式を使用します 発射体の運動と座標系.
自由落下オブジェクトの運動方程式
前述のすべては、現在の目的のために、次の3つの方程式に減らすことができます。これらは自由落下用に調整されているため、「y」添え字は省略できます。物理学の慣習により、加速度は-gに等しいと仮定します（したがって、正の方向は上向き）。
例1： 奇妙な鳥のような動物が頭上10 mの空中に浮かんでおり、腐ったトマトを手に持って攻撃することを敢えてしています。最小初速度v0 トマトをスコーキングターゲットに確実に到達させるために、まっすぐ上に投げる必要がありますか？
物理的に何が起こっているのかは、ボールが必要な高さに達するとすぐに、重力によってボールが停止するということです。y = v = 0。
最初に、既知の数量をリストします。 v = 0、g = –9.8 m / s2、y − y0 = 10メートル
したがって、上記の方程式の3番目を使用して解くことができます。
0 = v02 − 2（9.8 m / s2）（10 m）;
v0*2* = 196 m2/ s2;
v0 = 14 m / s
これは時速約31マイルです。
発射体の運動と座標系
発射体の動きには、重力のもとでの（通常）2次元のオブジェクトの動きが含まれます。 x方向とy方向のオブジェクトの動作は、粒子の動きの全体像を組み立てる際に個別に説明できます。これは、単に自由落下を伴うものではなく、すべての発射体運動の問題を解決するために必要な方程式のほとんどに「g」が現れることを意味します。
空気抵抗を排除する基本的な発射体運動の問題を解決するために必要な運動方程式：
x = x0 + v0xt（水平運動用）
vy = v0年 − gt
y – y0 = v0年t −（1/2）gt2
vy2 = v0年2 − 2g（y − y0)
例2： 向こう見ずは、隣接する建物の屋上の隙間を「ロケット車」で走ろうとすることにしました。これらは100水平メートルで区切られ、「離陸」建物の屋根は2番目の建物より30 m高くなっています（これはほぼ100フィート、または8〜10の「床」、つまりレベル）。
空気抵抗を無視して、彼が最初の屋上を離れるとき、2番目の屋上に到達することを保証するためにどれくらい速く行く必要があるでしょうか？車が離陸する瞬間に彼の垂直速度がゼロであると仮定します。
繰り返しますが、既知の数量をリストします：（x – x0）= 100m、（y – y0）= –30m、v0年 = 0、g = –9.8 m / s2.
ここでは、水平運動と垂直運動を独立して評価できるという事実を利用します。車が自由落下するまでにどれくらいの時間（yモーションの目的で）30 mかかりますか？答えはy – yで与えられます0 = v0年t −（1/2）gt2.
既知の量を埋めてtを解く：
−30 =（0）t −（1/2）（9.8）t2
30 = 4.9t2
t = 2.47 s
この値をx = xに接続します0 + v0xt：
100 =（v0x)(2.74)
v0x = 40.4 m / s（毎時約90マイル）。
これはおそらく屋根の大きさに応じて可能ですが、アクションヒーロー映画以外ではすべてが良い考えではありません。
公園からそれを打つ...遠い
空気抵抗は、自由落下が物理的なストーリーの一部にすぎない場合でも、日常のイベントで重要な、過小評価されている役割を果たしています。 2018年、ジャンカルロスタントンという名のプロ野球選手が、時速121.7マイルでホームプレートから飛ばすのに十分な強さで投げられたボールを打ちました。
発射された発射物が到達できる最大水平距離の方程式、または 範囲方程式 （参考文献を参照）は次のとおりです。
D = v02 sin（2θ）/ g
これに基づいて、スタントンが理論上の理想的な角度45度（sin2θは最大値1）でボールを打った場合、ボールは978フィート移動したことになります！現実には、ホームランニングは500フィートにも達することはほとんどありません。これは、ピッチがほぼ水平に入ってくるため、打者の45度の発射角度が理想的ではないためです。しかし、違いの多くは、空気抵抗の速度減衰効果によるものです。
空気抵抗：「ごくわずか」以外のすべて
上級の学生を対象とした自由落下の物理問題では、空気抵抗がないことを前提としています。これは、この要因が物体を減速または減速させる可能性があり、数学的に考慮する必要があるためです。これは上級コース専用のタスクですが、それでもここで議論する必要があります。
現実の世界では、地球の大気は自由落下の物体にある程度の抵抗を与えます。空気中の粒子は落下物体と衝突し、その運動エネルギーの一部が熱エネルギーに変換されます。一般にエネルギーが保存されるため、これにより「動きが小さくなる」、またはゆっくりと増加する下降速度が生じます。