Dlaczego dwa ciała duże i małe spadają z tą samą prędkością?

Dwa spadające obiekty, niezależnie od ich masy, niekoniecznie spadną z dokładnie tą samą prędkością. W przypadku braku oporu powietrza wszystkie obiekty będą przyspieszać pod wpływem grawitacji z szybkością około 9,8 metra na sekundę do kwadratu (32 stopy na sekundę do kwadratu). Jednakże obecność oporu powietrza, zwanego również oporem, powoduje, że prędkość spadających obiektów będzie się różnić w zależności od ich rozmiaru, kształtu i innych czynników.

Skutki oporu powietrza są bardziej znaczące w przypadku mniejszych obiektów o większej powierzchni w stosunku do ich masy w porównaniu z większymi obiektami o mniejszej powierzchni w stosunku do ich masy. Dzieje się tak, ponieważ siła oporu jest proporcjonalna do powierzchni obiektu i prędkości przepływu powietrza wokół niego. Mniejsze przedmioty, takie jak pióro, napotkają większy opór powietrza w porównaniu do większych obiektów, takich jak kula do kręgli. W rezultacie mniejszy obiekt będzie spadał wolniej niż większy.

W warunkach rzeczywistych przyspieszenie grawitacyjne jest modyfikowane przez siłę oporu, co skutkuje niższym obserwowanym przyspieszeniem. Tempo, w jakim prędkość obiektu wzrasta pod wpływem grawitacji i maleje pod wpływem oporu, określi jego „prędkość końcową”, czyli stałą prędkość, przy której siła oporu równoważy siłę grawitacji.

W słynnym eksperymencie przeprowadzonym przez Galileusza w XVI wieku z Krzywej Wieży w Pizie zrzucono jednocześnie dwa przedmioty o różnych masach. Choć oba obiekty dotarły do ​​ziemi mniej więcej w tym samym czasie, Galileusz zauważył, że cięższy obiekt zrobił to nieco szybciej. Jednak ta obserwacja nie wynikała z samej masy obiektów, ale raczej z połączenia masy, kształtu i oporu powietrza.

Dlatego też, chociaż powszechnie twierdzi się, że pod wpływem grawitacji dwa ciała spadają z tą samą prędkością, jest to prawdą tylko w teoretycznej próżni, gdzie nie występuje opór powietrza. W obecności powietrza obiekty doświadczają siły oporu, która wpływa na ich prędkość i powoduje, że mniejsze obiekty spadają wolniej niż większe.