論伽利略的自由落體運動

大家都知道，伽利略曾經在比薩斜塔將同樣大小的木球和鐵球同時從塔頂下落，木球和鐵球幾乎同時著地。伽利略通過這一實驗事實，推翻了原來的錯誤學說，提出了新的學說――“自由落體運動”：不同的物體從同一高度自由下落，運動的情況與它們的重量沒有關係，都是均勻加速運動。

但是，我藉助工具書和網路等資料來源查找有關資料後發現，伽利略提出的“自由落體運動”是要有一定的條件的。即要在沒有任何阻力的情況下才能成立。但這種沒有任何阻力的情況在自然環境中是不存在的，因為有空氣阻力的存在。但伽利略的實驗結果為什麼是同時著落呢？這是因為伽利略的實驗地點――比薩斜塔僅有50多米高，而鐵球和木球都是比較重的物體，在底空落下時空氣阻力幾乎沒有影響，因此用肉眼看是同時落地。可是如果用精密的儀器進行檢測，就會發現其中的差異：鐵球比木球先著地。我們由此可以得出：在有空氣阻力的情況下，兩個物體同時在同樣高度的位置同時下落，一定是較重的物體先落地。

我們可以用實驗來證明這一點。同樣是50米，下落物體是羽毛和塑膠泡沫，在無風的天氣進行實驗。同時將羽毛和塑膠泡沫在同一高度下落，結果塑膠泡沫先落地。也可以運用資料來證明：氣象台曾經測量過一滴雨的下落速度：雨點直徑是1毫米的小雨，落地速度是4米／秒；雨點直徑為2毫米的大雨，落地速度為6米／秒；雨點直徑為3毫米的暴雨，落地速度為8／秒。

這種現象怎么解釋呢？想要知道其中的道理，必須先理解物體下落的“終極速度”。所謂的“終極速度”，就是一個物體在幾百米乃至幾千米的高空中，向地面下落時，落下的速度會不斷的增加，會越來越快。與此同時，空氣在與物體摩擦的過程中，空氣阻力會越來越大。到了一定的程度時，由於物體重量是一個固定的值，在落下時不會增加，空氣阻力就會與物體本身的重量平衡，使物體的下落的速度不會在增加，並保持著空氣阻力與物體的重量平衡時的速度，這時候的速度就是物體的終極速度。終極速度也可以理解為物體下落時的最高速度。

終極速度和物體著陸時的快慢有什麼關聯呢？由於每個物每的重量不同，所以終極速度不一樣。一個物體越重，受空氣阻力的影響就越小，下落的速度就會比較慢到達終極速度，因為空氣阻力對一個自由下落的物體影響越小，空氣阻力與落體的重量平衡所花的時間就會越長。而輕的物體正好相反，到達終極速度的時間就越短。落體的下落速度與時間是成正比的，晚些到達終極速度的物體，它們的終極速度就會比先到達終極速度的物體快。換句話說，就是重量越大的物體，它下落時的終極速度就越大，從開始下落到落地的時間就越短。

我們可以利用物體下落這一知識來解釋一些自然現象。如霧，霧是由許許多多小到幾微米、幾十微米的極細的小水珠組成的。這些小水珠從雲層落下來，因為太輕了，立刻就到了下落的終極速度，這個速度是十分小的，用肉眼幾乎看不出有什麼變化。這也是霧為什麼看起來像漂浮在空中的緣故吧。

我們的身邊有著許許多多的科學，只要你仔細觀察，就能發現它們。“物體下落”就是一個很好的例子。