物体下落之谜

习惯性概念与科学概念之间往往存在着非常大的分歧，最为常见的物体下落现象就很好地为我们说明了这一点。对于力学不甚了解的人都会认为，在下落的时候，重一些的物体速度会比轻一些的物体快。这源自于亚里士多德的观点，并在多个世纪里为人们所争议，直到16世纪，现代物理学奠基人伽利略才推翻了这一观点。这位为科学普及做过大量工作的伟大的自然科学家真是太聪明了，他说：“不需要实验，我们只要用简单的、让人信服的推理就可以明白地证实，那种认为由相同物质构成的物体当中，较重的物体会比较轻的物体下落的速度快的观点是错误的……假设有两个下落的物体，它们的自然速度不同。我们把运动快一些的物体与运动慢一些的物体连接起来，显然，下落速度快的物体会被阻碍，而另一个物体的运动速度会稍微加快。如果真是这样的话，我们设大石块的运动速度是8‘度’（假设的单位），小石块的速度是4‘度’，当我们把两块石头捆在一起的时候，就应该得到比8‘度’小的速度。但是实际上两块连接在一起的石头合成了一个比原来具有8‘度’速度的物体体积还要大的物体，这就相当于说较重的物体要比较轻的物体运动速度慢，而这就恰好与我们上面假设的情况相互矛盾了。从重一些的物体会比轻一些的物体更快这个观点我们可以推出另外一个结论，就是重一些的物体会比轻一些的物体运动得慢一些。”

我们可以很清楚地了解到，在真空状态下，所有物体的下落速度都是一样的，而在空气中物体下落的速度却有所不同，这归因于空气阻力。因而产生这样一些结论：物体运动过程中空气阻力的大小与物体的大小、形状有关，而两个大小形状完全相同的物体，即使重量不同，下落的速度也会是相同的。在真空状态下，两个物体的运动速度是相等的，那么当空气阻力作用于它们时，它们减慢的速度也是相等的。这也说明，如果铁球与木球的直径相同，它们下落的速度就应该是一样的。但这些结论与实际情况并不完全相符。

对于理论与实践的出入我们如何解释呢？

为了解决这个问题，我们还需要引入空气动力管，俗称风洞（第一篇）来帮忙。当风洞竖立起来的时候，在风洞中将大小相同的铁球和木球悬挂起来，这时从风洞底部吹来的气流作用在两个球体上。也就是说，我们将物体在空气中的下落运动“反证”一下。看看在气流吹动作用下哪个球会更快地作向上运动。很明显，即使作用在两个球上的力是相同的，但却产生了完全不同的加速度。较轻些的球得到了更大的加速度（F=ma），我们把这个用到原来没有被反证的现象之中就能得出，较轻的球会在下落过程中落在较重的球后面。也就是说，在空气中，铁球的下落速度还是要比木球更快一些。这个情况也表明，炮手重视炮弹“截面承重”的原因，“截面承重”也就是空气阻力作用在炮弹每一平方厘米面积上的那些重量。