历史探究

对自由落体最先研究的是古希腊的科学家亚里斯多德，他提出：物体下落的快慢是由物体本身的重量决定的，物体越重，下落得越快；反之，则下落得越慢。亚里斯多德的理论影响了其后两千多年的人。直到物理学家伽利略提出了相反的意见。伽利略在1636年的《两种新科学的对话》中写道：如果依照亚里斯多德的理论，假设有两块石头，大的重量为8，小的为4，则大的下落速度为8，小的下落速度为4，当两块石头被绑在一起的时候，下落快的会因为慢的而被拖慢。所以整个体系和下落速度在4-8之间。但是，两块绑在一起的石头的整体重量为12，下落速度也就应该大于8，这就陷入了一个自相矛盾的境界。伽利略由此推断物体下落的速度应该不是由其重量决定的。他在书中设想，自由落体运动的速度是匀速变化的。

实验验证

传说伽利略在比萨斜塔上做自由落体实验

传说1590年伽利略曾在比萨斜塔上做自由落体实验，将两个重量不同的球体从相同的高度同时扔下，结果两个铅球同时落地，伽利略在比萨斜塔做自由落体实验的故事，记载在他的学生维维安尼（Vincenzo Viviani，1622年-1703年）在1654年写的《伽利略生平的历史故事》（1717年出版）一书中，但伽利略、比萨大学和同时代的其他人都没有关于这次实验的的记载 。对于伽利略是否在比萨斜塔做过自由落体实验，历史上一直存在着支持和反对两种不同的看法 。

自由落体各物理量关系

基于（物体位于靠近地球表面）重力是个常数的假设下牛顿的重力定律是F等于m与g的乘积。即重力是与物体的质量成正比F=mg。重力加速度以g表示一个常数。它是矢量，平均值为9.81单位是m/s^2。除g以外，也可以a表示，取其地心加速度意思，即F=ma。这个加速度是由于物体受到了重力产生的。物体的最初状态是静止的，物体下落中假定除了重力外不受其它力的作用。它下落的路程的长度与经过的时间平方成正比。

自由下落物体在下落的最初位置，即最大高度，具备有重力势能。用下标为P的大写字母E来表示Ep。它的数值是物体的重力与高度的乘积Ep=mgh。这个表达式只在物体距离地球表面高度很小才有效。在下落的过程中，物体无论在那个高度也不论是否同时具有速度，都具有重力势能，其数值同样也是Ep=mgh。如果物体在下落过程中不受其它力的作用，可以忽略空气阻力的时候，其总能量遵守机械能量守恒定则，即重力势能和动能的总和守恒。我们常常用机械能守恒定则来计算，物体可能达到的最大高度，和落到地面瞬间的最大速度。

如果下落时间为 t ，瞬时速度为 v t ，位移为 X ， g 为重力加速度，则有以下关系：

v t = g × × --> t {\displaystyle v_{t}=g\times {t}}

X = 1 2 g t 2 {\displaystyle X={\frac {1}{2}}gt^{2}}

X = v t 2 2 g {\displaystyle X={\frac {v_{t}^{2}}{2g}}}

典型例子

跳伞过程中的自由落体阶段

关掉火箭的太空航行器

月球环绕地球的轨道，地球环绕太阳的轨道，或小行星绕太阳的轨道。

地球上，在真空管中下落，例如：

与上面自由落体相反地，以下情形是有其他力量同时在作用，包括了：

站在地上，坐在地面上一把椅子上等等（重量被地面的支持力所平衡）；

搭乘飞机（重量被机翼提供的升力所平衡）；

重返大气层以及降落伞着陆（重量被反向的空气阻力所对抗）；

太空航行器的轨道动作（此时火箭提供推力）。

另见

加速度

重力加速度

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