對(duì)自由落體的深度理解

范凌豪

高三總復(fù)習(xí)的時(shí)候，我們復(fù)習(xí)到了自由落體，讓我對(duì)自由落體有了新的理解。重力作為作用力，產(chǎn)生重力加速度，這個(gè)運(yùn)動(dòng)就是自由落體運(yùn)動(dòng)，就是物體沒有初速度時(shí)，只受重力作用下做的運(yùn)動(dòng)。

伽利略和他的助手登上斜塔，讓一個(gè)重十磅和一個(gè)重一磅的鐵球，同時(shí)由塔上自由下落，輕的和重的幾乎同時(shí)落地。伽利略把試驗(yàn)重復(fù)一次，結(jié)果仍然相同。兩個(gè)不同質(zhì)量的物體在下降時(shí)竟然同時(shí)到達(dá)地面，這是我第一次學(xué)習(xí)時(shí)無(wú)論如何都想不通的。當(dāng)時(shí)我是這樣理解的：一輛車的速度是10m/s，一個(gè)人的速度也是10m/s。雖然他們的質(zhì)量不一樣，但是他們的速度是一樣的。

可是一個(gè)硬幣和一個(gè)羽毛在相同的高度扔下就不會(huì)同時(shí)落地，這又是為什么呢？這個(gè)問題我百思不得其解。在復(fù)習(xí)時(shí)我查詢了相關(guān)資料：常規(guī)物體只在重力的作用下，初速度為零的運(yùn)動(dòng)，叫做自由落體運(yùn)動(dòng)。自由落體運(yùn)動(dòng)是一種理想狀態(tài)下的物理模型，是任何物體在重力的作用下，至少在最初，只有重力為唯一力量條件下產(chǎn)生慣性軌跡，是初速度為0的勻加速運(yùn)動(dòng)。物體下落過程中，除受重力作用外，不再受其他任何外界的作用力或外力的合力為0。但是羽毛與磚頭的阻力與其重量的比率不同，所以降落時(shí)間不一樣。

緊接著我又產(chǎn)生了一個(gè)新的問題，我們?cè)趯W(xué)習(xí)的時(shí)候，知道g=9.8，可是為什么等于9.8呢？原來(lái)如果把地球看做是半徑r=6371km的球形，地球的質(zhì)量（m=5.98*10^24kg）看做是集中在這個(gè)球的球心，那么用牛頓的萬(wàn)有引力公式計(jì)算，地球表面的引力加速度大概是a=Gm/r2=9.83m/s2， 大概就是g。

萬(wàn)有引力到底是受地球的引力作用還是不受力呢？牛頓的引力公式是：F=GMm/r2。而這個(gè)公式實(shí)際上是由兩個(gè)公式組合形成的。它們是計(jì)算引力的公式：F=mg和計(jì)算引力加速度的公式：g=GM/r2。對(duì)比一下F=mg和g=GM/r2這兩個(gè)公式就不難看出，在計(jì)算引力F的時(shí)候，引力加速度g是一個(gè)不可缺少的因素。如果沒有g(shù)的話，就無(wú)法計(jì)算萬(wàn)有引力。但是，在計(jì)算引力加速度的時(shí)候，如果用g=GM/r2來(lái)計(jì)算的話，就根本不需要力的存在。只要有物體的質(zhì)量M和距離r就足夠了。這說明，引力加速度g并不是由物體所受到的力決定的。G大小的決定與力沒有任何關(guān)系。不過在現(xiàn)在，普遍被接受的，便是萬(wàn)有引力是受地球引力的。對(duì)于這個(gè)問題，我會(huì)繼續(xù)鉆研的。

在互聯(lián)網(wǎng)上查詢資料時(shí)遇見這樣一個(gè)問題：一滴水從高處落下來(lái)會(huì)不會(huì)砸死人？所謂降雨，就是高空云層中凝結(jié)的小水滴，因?yàn)橹亓Τ^了氣流承載力，而落下來(lái)。在密度和形狀不變的情況下，越大的物體終末速度越快。雨滴直徑通常不過幾毫米，5毫米雨滴重量不過0.1克，終末速度大概在9～13米/秒，和自行車最大速度相當(dāng);再加上它只是液體，這點(diǎn)能量對(duì)人來(lái)說啥都干不了。

學(xué)習(xí)是一件永無(wú)止境的事情，我會(huì)繼續(xù)學(xué)習(xí)下去的。