自由落下計算機

自由落下の物理

自由落下とは、空気抵抗を無視して重力のみが作用する状態で物体が落下する運動です。 ガリレオ・ガリレイがピサの斜塔で行ったとされる実験が有名で、 質量に関係なくすべての物体は同じ加速度で落下することが示されました。 地球表面における重力加速度は g = 9.80665 m/s²（標準値）ですが、 緯度や標高によってわずかに異なります。

自由落下の基本公式は等加速度直線運動の特殊ケースとして導かれます。 初速度0、加速度gとすると、落下距離 h = ½gt²、着地速度 v = gt、 そして v² = 2gh の関係が成り立ちます。 例えば、高さ10mからの自由落下では、落下時間は約1.43秒、着地速度は約14.0 m/s（時速約50km）となります。 これらの公式は初速度が0の場合に限定されますが、投げ下ろしや鉛直投げ上げにも拡張できます。

実際の落下では空気抵抗が存在するため、純粋な自由落下とは異なる挙動を示します。 空気抵抗は速度の2乗に比例して大きくなり、やがて重力と釣り合う「終端速度」に達します。 スカイダイバーの終端速度は約200 km/h（腹ばい姿勢）ですが、 真空中では羽毛もボウリングの球も同じ速度で落下します。 アポロ15号の月面実験では、真空中で羽とハンマーが同時に着地する様子が実証されました。

本ツールでは重力加速度の値を変更できるため、月（g ≈ 1.62 m/s²）や 火星（g ≈ 3.72 m/s²）など他の天体での自由落下もシミュレーションできます。 物理の学習はもちろん、建築やスポーツ科学における落下衝撃の見積もりにもお役立てください。 なお、空気抵抗の影響が大きい場合は、より精密なシミュレーションが必要になります。