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Caduta libera

Nel 1971 un astronauta lasciò cadere un martello e una piuma sulla Luna: toccarono il suolo insieme.

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Una pallina lanciata verticalmente verso l'alto a 15 m/s. Lanciala, passa alla Luna o a Marte e lancia di nuovo: le traiettorie conservate mostrano quanto sale più in alto dove g è minore.

Tutti i corpi cadono con la stessa accelerazione

Lascia cadere insieme una moneta e un foglio di carta: la moneta arriva nettamente prima. Per circa duemila anni molti lo considerarono una prova che gli oggetti più pesanti cadono più velocemente. Galileo sostenne il contrario: senza l'ostacolo dell'aria, tutti i corpi cadono con la stessa accelerazione. Accartoccia il foglio formando una pallina compatta e lascialo cadere di nuovo insieme alla moneta. Ora arrivano quasi insieme, perché la carta accartocciata incontra molta meno resistenza dell'aria. Il peso non è cambiato; è cambiato l'effetto dell'aria.

Il moto dovuto alla sola gravità si chiama caduta libera. Vicino alla superficie terrestre l'accelerazione di caduta libera è circa 9.8 m/s² e si indica con g. Il valore varia leggermente da un luogo all'altro, da circa 9.78 m/s² all'equatore a 9.83 m/s² ai poli. È stato concordato un valore standard, gn = 9.80665 m/s² esatti, che il NIST elenca tra le costanti di riferimento. In questo corso lo arrotondiamo a 9.81 m/s².

ContestoAl termine dell'ultima passeggiata lunare dell'Apollo 15, il 2 agosto 1971, il comandante David Scott tenne un martello da geologo in una mano e una piuma di falco nell'altra, davanti alla telecamera. Il resoconto della NASA riporta i dati: un martello di alluminio da 1.32 kg e una piuma da 0.03 kg, lasciati cadere insieme da circa 1.6 m. Poiché sulla Luna non c'è quasi aria, caddero fianco a fianco e toccarono la polvere nello stesso istante. In seguito il controllore di missione Joe Allen osservò che il risultato era rassicurante, dato che il ritorno dell'equipaggio dipendeva dalla stessa teoria.

Quanto lontano e quanto velocemente

La caduta libera è un moto ad accelerazione costante, quindi valgono le equazioni già viste, con a = g. Un oggetto lasciato cadere da fermo ha, dopo t secondi, velocità v = g t e ha percorso una distanza d = ½ g t². Dopo 1 s è sceso di 4.9 m e si muove a 9.8 m/s. Dopo 2 s è sceso di 19.6 m, quattro volte tanto. Dopo 3 s, di 44.1 m, e viaggia a 29.4 m/s. Invertendo l'equazione si ottiene il tempo per cadere da un'altezza h: t = √(2h ÷ g). Il martello è sceso di 1.6 m in √(2 × 1.6 ÷ 1.62) ≈ 1.4 s sulla Luna. Sulla Terra la stessa caduta richiede circa 0.57 s.

Una pallina in caduta ogni 0.1 s. Gli intervalli spaziali aumentano perché la velocità cresce di 0.981 m/s a ogni intervallo.

Lanciare verso l'alto

Una pallina lanciata verticalmente verso l'alto è in caduta libera dal momento in cui lascia la mano. Salendo rallenta di 9.81 m/s ogni secondo; nel punto più alto la velocità è nulla per un istante; scendendo aumenta di nuovo. L'accelerazione è sempre di 9.81 m/s² verso il basso, anche nel punto più alto. Lanciata a 15 m/s, impiega 15 ÷ 9.81 ≈ 1.5 s a raggiungere la cima, sale di 15² ÷ (2 × 9.81) ≈ 11.5 m e torna alla mano a 15 m/s. Nel laboratorio qui sopra, lo stesso lancio raggiunge circa 69 m sulla Luna e circa 30 m su Marte.

Le formule della caduta libera spiegano anche un gioco sui tempi di reazione. Tieni un righello appena sopra le dita aperte di un amico, lascialo andare senza avvisare e guarda dove riesce ad afferrarlo. Se il righello cade di 20 cm prima che lo prenda, il tempo è stato √(2 × 0.20 ÷ 9.81) ≈ 0.20 s. Il righello trasforma una distanza leggibile in un tempo troppo breve da misurare con un cronometro: lo stesso espediente usato da Galileo con il piano inclinato.

  • 1603: Galileo misura i tempi di discesa di palline su un piano inclinato (data approssimativa).
  • 1638: Nei Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze viene pubblicata la legge della caduta dei corpi.
  • 1687: I Principia di Newton spiegano la caduta con la forza di gravità.
  • 1971: Apollo 15: martello e piuma toccano insieme il suolo lunare.
Punti chiave
  • Senza aria, tutti i corpi cadono con la stessa accelerazione g.
  • g ≈ 9.81 m/s² sulla Terra, 1.62 sulla Luna, 3.71 su Marte.
  • Da fermo: v = g t, d = ½ g t², t = √(2h ÷ g).
  • Una pallina lanciata accelera verso il basso anche nel punto più alto.
  1. Un sasso viene lasciato cadere da fermo. Di quanti metri è sceso dopo 2 s? (g = 9.81)
  2. Per lo stesso sasso, qual è la velocità dopo 3 s, in m/s?
  3. Quanti secondi dura una caduta di 20 m sulla Terra? (due decimali)
  4. Il martello dell'Apollo 15 è caduto per circa 1.6 m con g = 1.62 m/s². Quanti secondi ha impiegato? (un decimale)
  5. Perché piuma e martello hanno toccato insieme il suolo lunare?
    • La gravità lunare è debole
    • Non c'è quasi aria che possa rallentare la piuma
    • Il martello era leggero
  6. Una pallina viene lanciata verticalmente verso l'alto. Nel punto più alto della traiettoria la sua accelerazione è…
    • nulla
    • 9.81 m/s² verso il basso
    • 9.81 m/s² verso l'alto
  7. Una pallina viene lanciata verso l'alto a 15 m/s sulla Terra. A quale altezza arriva, in metri? (un decimale)
  8. Lo stesso lancio sulla Luna (g = 1.62): quale altezza in metri? (un decimale)
  9. Nell'immagine stroboscopica, perché gli spazi tra le palline aumentano?
    • La pallina diventa più pesante
    • La pallina è più veloce a ogni intervallo
    • La fotocamera rallenta
  10. Qual è l'accelerazione di gravità standard g_n, in m/s², riportata dal NIST?
Fonti di questo corso (12)
  • OpenStax College Physics 2e, chapters 2 (Kinematics)
  • 3.4 (Projectile motion)
  • 5.2 (Drag forces) (openstax.org/books/college-physics-2e)
  • NIST CODATA standard acceleration of gravity g_n = 9.80665 m/s² exact (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?gn)
  • NASA Moon Fact Sheet (surface gravity 1.62 m/s², nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/moonfact.html)
  • NASA Mars Fact Sheet (3.69 m/s² equator, 3.73 m/s² pole, surface air density about 0.016 kg/m³, nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/marsfact.html)
  • NASA, The Apollo 15 Hammer-Feather Drop (science.nasa.gov/resource/the-apollo-15-hammer-feather-drop, quoting NASA SP-289)
  • Galileo, Two New Sciences (1638)
  • inclined-plane account via PBS LearningMedia/NOVA "Galileo's Inclined Plane"
  • long-jump take-off angle about 21°: Linthorne, Guzman and Bridgett, Journal of Sports Sciences 23(7)
  • 2005, and Linthorne, Biomechanics of the long jump
  • OpenStax College Physics 2e 17.2 (sound 343 m/s at 20 °C).

Consultato il: 2026-10-17