Дійсно, упустимо з однієї і тієї ж висоти сталева кулька і листок паперу. Листок паперу досягає поверхні Землі за значно більший час, ніж кульку. Може здатися, що це відбувається за рахунок того, що кулька масивніше листка паперу. Однак зім'ятий листок паперу досягає поверхні Землі практично одночасно зі сталевим кулькою. Ймовірно, результати дослідів можна пояснити опором, яке надає падаючим тілам повітря.
Падаючі з однієї і тієї ж висоти листок паперу і рівний йому за площею металевий лист, знову-таки один і той же переміщення здійснюють за явно різний час. Але, з іншого боку, варто покласти паперовий лист поверх металевого, як він під час падіння перестає відставати від металевого листа.
Після проведення подібних дослідів стає майже очевидним, що вплив повітря на падаючі тіла істотно.
Можна припустити, що в безповітряному просторі різні тіла, незалежно від їх розмірів, форми, речовини, з якого вони виготовлені, при однакових початкових умовах будуть падати однаково.
Дане припущення можна перевірити шляхом прямого експерименту. Для цього можна взяти довгу, закриту трубку, в яку поміщені, наприклад, пір'їнка, клаптик паперу, дробинка. Якщо з трубки відкачати повітря і дати можливість даних предметів впасти з однієї і тієї ж висоти, можна переконатися в справедливості висунутого припущення.
Можливий і більш точний експеримент. Наприклад, можна прямо виміряти час падіння з однієї і тієї ж висоти декількох кульок, що значно відрізняються один від одного за розмірами та масою.
В межах точності вимірювань цей час виявляється однаковим.
Назвемо падіння при відсутності опору руху вільним падінням.
У чистому вигляді вільне падіння нам навряд чи вдасться вивчити. Але якщо врахувати, що на падаючі невеликі металеві кульки повітря надає щодо невеликий вплив, приймемо їх рух в повітрі за модель вільного падіння.
Задамося питанням: при падінні швидкість тіла залишається постійною або змінюється?
Правдоподібно припустити, що швидкість падаючого тіла в процесі руху збільшується.
Прості безпосередні спостереження навряд чи дозволять нам довести справедливість цієї гіпотези. Однак непрямі дані підказують, що це так. До числа таких даних відносяться, наприклад, звук удару, висота відскоку металевої кульки, падаючого на дерев'яний стіл з різних висот.
Якщо швидкість падаючого тіла з плином часу збільшується, то напрошується питання: а прискорення падаючого тіла постійно чи ні?
Можливо, що вільне падіння є видом равноускоренного руху. Але можливо і те, що прискорення в міру руху або збільшується, або зменшується.
Якщо в якості робочої прийняти першу версію, то слід виміряти час падіння будь-якого тіла з різних висот і в кожному випадку розрахувати за відомою формулою передбачуване прискорення. Якщо розрахунки, виконані з урахуванням точності вимірювань, будуть давати один і той же результат, версія знайде своє експериментальне підтвердження. В іншому випадку необхідно буде перевіряти альтернативні версії.
Подібний експеримент неодноразово проводився. Виявилося, що прискорення вільного падіння в даній області Землі за умови, що висота над її поверхнею (в порівнянні з радіусом Землі) змінюється незначно, є величиною постійною. В середньому прискорення вільного падіння поблизу поверхні Землі одно
Аналіз стробоскопической фотографії руху тіла, кинутого під кутом до горизонту, показує, що переміщення, що здійснюються тілом в горизонтальному напрямку за рівні проміжки часу рівні між собою. Це означає, що в цьому напрямку тіло рухається рівномірно. Переміщення ж у вертикальному напрямку, що здійснюються за ті ж рівні проміжки часу, не рівні один одному.
На висхідному ділянці траєкторії переміщення зменшуються, на низхідному - збільшуються. Це пояснюється прискореним характером руху тіла. Симетричність ж кривої свідчить про те, що модуль прискорення на всій ділянці траєкторії залишається постійним.
Оскільки горизонтальна координата тіла, кинутого під кутом до горизонту, змінюється з плином часу за лінійним законом, а по вертикалі - за квадратичним, траєкторія такого руху є параболою.
Таким чином, величина прискорення вільного падіння однакова незалежно від того, має тіло початкову швидкість, чи ні, спрямована початкова швидкість вниз, вгору, горизонтально, або під кутом до горизонту. Вектор ж прискорення вільного падіння у всіх зазначених випадках спрямований вертикально вниз.