下雨了,雨點(diǎn)有大有小,它們從空中落下,速度都一樣嗎?是大雨點(diǎn)快,還是小雨點(diǎn)快呢?有4種看法。
A:大雨點(diǎn)落得快。雨點(diǎn)個(gè)大重量大,受到的重力就大,速度就快唄!
B:一樣快。物體自由下落的速度和它本身的重量是沒有關(guān)系的。
C:自由落體的速度是和時(shí)間成正比的,從云層高處落下的雨點(diǎn)比從低處落下的要快。
D:必須考慮空氣阻力的影響,輕的東西受到的阻力小,應(yīng)該是小雨點(diǎn)落得快。
你看,好像都有道理,可到底誰的回答是正確的呢?
那么,我們就從最簡(jiǎn)單的物體下落速度說起吧。十六世紀(jì)以前,一般學(xué)者都認(rèn)為輕重不同的兩個(gè)物體從同一個(gè)高度下落,一定是重的物體先落地。但伽利略卻不輕信。一天,他登上了意大利的比薩斜塔,從50 多米高處讓同樣大小的鉛球和木球同時(shí)下落,鉛球要比木球重20 倍,照理說,鉛球下落的速度應(yīng)比木球快20倍,可是實(shí)際上,兩個(gè)球差不多同時(shí)落地。因此,伽利略利用實(shí)驗(yàn)證明,不同物體從同一高度自由下落,運(yùn)動(dòng)情況與它們的重量沒有關(guān)系,都是勻加速運(yùn)動(dòng)。
但是“自由落體運(yùn)動(dòng)”是有條件的,就是不考慮空氣阻力??勺匀粭l件下是存在空氣阻力的,只有在落體的高度不太高,且比較重的情況下才可以忽略空氣阻力。伽利略的比薩斜塔實(shí)驗(yàn)高度只有50 多米,用的鉛球和木球都比較重,所以空氣阻力的影響不夠明顯。如果物體是從幾百米,甚至上千米的高度落下來,那就不一樣了。這時(shí)在物體開始下落的一段時(shí)間內(nèi),速度越來越快,空氣阻力也隨著速度的加快而急劇增大。當(dāng)速度大到一定程度時(shí),空氣阻力的大小會(huì)等于物體本身的重量,這個(gè)時(shí)候物體才會(huì)勻速下落,而不再是加速下落了,人們稱這一時(shí)刻的速度為“終極速度”。
不同物體的“終極速度”并不相同。比較輕的物體,受到空氣阻力的影響大一些,它會(huì)早一些達(dá)到終極速度;比較重的物體,受到空氣阻力的影響小一些,就會(huì)晚一些達(dá)到終極速度。晚一點(diǎn)達(dá)到終極速度的物體,它的終極速度比早達(dá)到的要大,換句話說,就是重量越大的物體,終極速度也越大。
雨點(diǎn)都是從幾百米,或幾千米高空落下來,不論是大雨點(diǎn)還是小雨點(diǎn),在降到地面以前,都早已達(dá)到自己的終極速度了,所以雨點(diǎn)下落的“高度”對(duì)它們落地的速度沒有影響。而終極速度只和重量有關(guān),大雨點(diǎn)重量大,它的終極速度就大些。最后得出的結(jié)論是:第一,雨點(diǎn)落地的時(shí)候都是勻速運(yùn)動(dòng);第二,大雨點(diǎn)的速度比小雨點(diǎn)的速度快。因此,答案A是正確的。