Der Freie Fall ist eine idealisierte Bewegung,  die Galilei, der Legende nach, beim Fall eines Steins vom schiefen Turm von Pisa als erster untersucht haben soll.

Der Stein fällt beschleunigt, weil auf ihn die Gewichtskraft F_G nach unten wirkt. Der Vorgang heißt Freier Fall, wenn die Gewichtskraft die einzig wirkende Kraft ist, bzw., wenn andere Kräfte vernachlässigbar sind. In Realität wirkt in der Regel die Luftreibungskraft F_R, die beim Fall entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung, und hier auch der Gewichtskraft, orientiert ist. Streng genommen gibt es also in der Luft keinen Freien Fall. Aber bei nicht zu großer Fallhöhe bzw. nicht zu großer Fallgeschwindigkeit kann man einen realen Fall in guter Näherung als einen Freien Fall behandeln. Experimente zeigen dann auch in guter Näherung die Eigenheiten eines Freien Falls. Ein idealer Freier Fall würde Vakuum erfordern, wie es z.B. auf dem Mond herrscht, oder im Bremer Fall-Turm.

Abb. 1: Schulexperiment zum Freien Fall mit Zackenkamm und Lichtschranke: Versuchsdurchführung. Wenn der Zackenkamm (rot) durch den Lichtstrahl der blauen Lichtschranke fällt, wird der Lichtstrahl unterbrochen und anschließend wieder frei gegeben. Ein PC mit angeschlossener Elektronik registriert jeweils die Zeit t seit der ersten Unterbrechung. Bei bekanntem Sprossenabstand ist dann auch die Position x des Zackenkamms dem PC bekannt. Der PC stellt dann ein t-x-Diagramm dar, oder, da er auch die Momentangeschwindigkeit mit registriert, ein t-v-Diagramm. Das Programm stellt verschiedene Auswertungsmöglichkeiten zur Verfügung, mit denen z.B. die Steigung des Diagramms zur Messung der Fallbeschleunigung ermittelt werden kann.

Abb. 2: Schulexperiment zum Freien Fall mit Zackenkamm und Lichtschranke - t-x-Diagramm. Wenn man den Zackenkamm kurz vor der ersten Unterbrechung loslässt, erhält man ein t-x-Diagramm, das sehr überzeugend nach einer Parabel aussieht. Dass es wirklich eine Parabel ist, kann bestätigt werden (Abb. 5).

Abb. 3: Schulexperiment zum Freien Fall mit Zackenkamm und Lichtschranke: t-v-Diagramm. Das Programm, das die Daten der Lichtschranke verarbeitet, kann daraus auch die momentane Fallgeschwindigkeit ermitteln. Daraus ergibt sich als t-v-Diagramm eine Gerade, die bei exaktem Start aus der Ruhe eine Ursprungsgerade ist. Dass das t-v-Diagramm eine Gerade ist, bestätigt, dass die Beschleunigung (Steigung des t-v-Diagramms) konstant ist. Auf dem Foto startete der Zackenkamm offenbar mit einer Anfangsgeschwindigkeit v0 infolge einer größeren Starthöhe. Mittels des eingezeichneten Steigungsdreiecks kann die Fallbeschleunigung g jedoch auch in diesem Fall ermittelt werden. (Das kleine schwarze Kästchen ist das Steuergerät für die Lichtschranke, das die Daten zur Verarbeitung und Darstellung an den PC liefert.)

Abb. 4: Schulexperiment zum Freien Fall mit Zackenkamm und Lichtschranke: t-v-Diagramm. Bei unterschiedlichen Starthöhen hat der Zackenkamm beim ersten Unterbrechen der Lichtschranke unterschiedliche Anfangsgeschwindigkeit. Dass alle t-v-Diagramme dennoch parallel verlaufen (gleiche Steigung) bestätigt, dass die Fallbeschleunigung g unabhängig von der Starthöhe ist. Im Fall der blauen Punkte startete der Zackenkamm offenbar mit einer Anfangsgeschwindigkeit infolge einer größeren Starthöhe. Mittels des einzuzeichnenden Steigungsdreiecks kann die Fallbeschleunigung g ermittelt werden.

Abb. 5: Schulexperiment zum Freien Fall mit Zackenkamm und Lichtschranke - verarbeitetes t-x-Diagramm. Bei exaktem Start aus der Ruhe ergibt sich für die Wurzel aus dem Ort x eine Ursprungsgerade. Sie bestätigt die quadratische Abhängigkeit des Orts x von der Zeit t. Auch aus der Steigung dieses Diagramms könnte die Fallbeschleunigung g ermittelt werden.