真空中羽毛和铁块下落速度是否一样?
这是一个非常经典且有趣的问题，涉及到物理学中的一个基本原理。很多人可能会凭直觉认为铁块会比羽毛下落得快得多，毕竟我们日常生活中观察到的就是这样。然而，在严格的“真空”条件下，答案却出人意料——它们会以相同的速度下落。
要理解这一点，我们首先需要弄清楚为什么我们在日常生活中看到羽毛会飘落，而铁块却直冲地面。这其中的关键在于一个我们通常会忽略的因素：空气阻力。
空气阻力的作用
空气并不是虚无的，它是由无数微小的分子组成的。当物体在空气中运动时，会与这些空气分子发生碰撞。这些碰撞会产生一个与物体运动方向相反的力，我们称之为空气阻力。
空气阻力的大小受到几个因素的影响：
物体的形状和表面积： 表面积越大，与空气接触的面积就越多，空气阻力就越大。羽毛的形状扁平、蓬松，表面积相对于它的质量来说非常大，所以它会受到很大的空气阻力。铁块的形状通常更紧凑，表面积相对较小，所以受到的空气阻力较小。
物体的速度： 速度越快，空气阻力通常越大。
空气的密度： 空气越密集，阻力越大。
重力和加速度
与此同时，地球对所有物体都施加一种吸引力，这就是重力。根据牛顿万有引力定律，物体受到的重力大小与物体的质量成正比。质量越大的物体，受到的重力越大。
现在，让我们结合重力和空气阻力来分析羽毛和铁块的运动。
羽毛： 羽毛虽然质量很小，受到的重力也小。但由于其巨大的表面积，它受到的空气阻力非常显著。当羽毛开始下落时，空气阻力会迅速增大，很快就会达到一个与重力大小大致相等的程度。一旦重力和空气阻力达到平衡，羽毛就不再加速，而是以一个相对恒定的、较慢的速度（称为终末速度）下落。
铁块： 铁块的质量比羽毛大得多，所以它受到的重力也大得多。虽然铁块也会受到空气阻力，但由于其形状更符合空气动力学，并且其质量远大于羽毛，所以空气阻力相对于重力来说非常小。因此，铁块在下落过程中会持续加速，直到接近地面时，空气阻力才会变得显著起来，减缓其加速的趋势，但其终末速度会比羽毛高得多。
真空的魔力
现在，让我们进入真空。真空是一个没有任何物质的环境，这意味着这里没有空气分子，自然也就没有空气阻力。
在真空中，唯一作用在物体上的力就是重力。根据牛顿第二定律（F=ma），物体的加速度（a）等于作用在其上的力（F）除以其质量（m）。
在真空中，作用在羽毛上的力是它的重力（Fg_feather），而作用在铁块上的力是它的重力（Fg_iron）。
羽毛的加速度：a_feather = Fg_feather / m_feather
铁块的加速度：a_iron = Fg_iron / m_iron
我们知道，重力（Fg）也可以表示为物体的质量（m）乘以重力加速度（g），即 Fg = mg。所以：
a_feather = (m_feather g) / m_feather = g
a_iron = (m_iron g) / m_iron = g
您看，在计算过程中，物体的质量（m）被约去了。这意味着，在没有空气阻力的真空环境中，所有物体，无论它们的质量、形状或大小如何，都会以相同的加速度下落。这个加速度就是我们常说的重力加速度（g），在地球表面大约是 9.8 米每二次方秒。
著名的阿波罗15号实验
为了验证这个理论，宇航员大卫·斯科特在 1971 年的阿波罗15号任务中，在月球表面（月球表面非常接近真空）进行了著名的实验。他同时释放了一把锤子和一根羽毛。结果令人惊叹：这两样东西以几乎相同的速度同时落地！这个实验生动地证明了，在没有空气阻力的情况下，重力会以相同的方式作用于所有物体。
所以，下次当您思考这个问题时，记住，不是因为铁块比羽毛“更重”或者“更容易被地球吸引”而下落得更快，而是因为在日常生活中，空气阻力这个“看不见的屏障”对形状不同、表面积不同的物体产生了不同的阻碍作用。在没有空气的真空世界里，万有引力定律展现出了它最纯粹、最公平的一面。
要理解这一点，我们首先需要弄清楚为什么我们在日常生活中看到羽毛会飘落，而铁块却直冲地面。这其中的关键在于一个我们通常会忽略的因素：空气阻力。
空气阻力的作用
空气并不是虚无的，它是由无数微小的分子组成的。当物体在空气中运动时，会与这些空气分子发生碰撞。这些碰撞会产生一个与物体运动方向相反的力，我们称之为空气阻力。
空气阻力的大小受到几个因素的影响：
物体的形状和表面积： 表面积越大，与空气接触的面积就越多，空气阻力就越大。羽毛的形状扁平、蓬松，表面积相对于它的质量来说非常大，所以它会受到很大的空气阻力。铁块的形状通常更紧凑，表面积相对较小，所以受到的空气阻力较小。
物体的速度： 速度越快，空气阻力通常越大。
空气的密度： 空气越密集，阻力越大。
重力和加速度
与此同时，地球对所有物体都施加一种吸引力，这就是重力。根据牛顿万有引力定律，物体受到的重力大小与物体的质量成正比。质量越大的物体，受到的重力越大。
现在，让我们结合重力和空气阻力来分析羽毛和铁块的运动。
羽毛： 羽毛虽然质量很小，受到的重力也小。但由于其巨大的表面积，它受到的空气阻力非常显著。当羽毛开始下落时，空气阻力会迅速增大，很快就会达到一个与重力大小大致相等的程度。一旦重力和空气阻力达到平衡，羽毛就不再加速，而是以一个相对恒定的、较慢的速度（称为终末速度）下落。
铁块： 铁块的质量比羽毛大得多，所以它受到的重力也大得多。虽然铁块也会受到空气阻力，但由于其形状更符合空气动力学，并且其质量远大于羽毛，所以空气阻力相对于重力来说非常小。因此，铁块在下落过程中会持续加速，直到接近地面时，空气阻力才会变得显著起来，减缓其加速的趋势，但其终末速度会比羽毛高得多。
真空的魔力
现在，让我们进入真空。真空是一个没有任何物质的环境，这意味着这里没有空气分子，自然也就没有空气阻力。
在真空中，唯一作用在物体上的力就是重力。根据牛顿第二定律（F=ma），物体的加速度（a）等于作用在其上的力（F）除以其质量（m）。
在真空中，作用在羽毛上的力是它的重力（Fg_feather），而作用在铁块上的力是它的重力（Fg_iron）。
羽毛的加速度：a_feather = Fg_feather / m_feather
铁块的加速度：a_iron = Fg_iron / m_iron
我们知道，重力（Fg）也可以表示为物体的质量（m）乘以重力加速度（g），即 Fg = mg。所以：
a_feather = (m_feather g) / m_feather = g
a_iron = (m_iron g) / m_iron = g
您看，在计算过程中，物体的质量（m）被约去了。这意味着，在没有空气阻力的真空环境中，所有物体，无论它们的质量、形状或大小如何，都会以相同的加速度下落。这个加速度就是我们常说的重力加速度（g），在地球表面大约是 9.8 米每二次方秒。
著名的阿波罗15号实验
为了验证这个理论，宇航员大卫·斯科特在 1971 年的阿波罗15号任务中，在月球表面（月球表面非常接近真空）进行了著名的实验。他同时释放了一把锤子和一根羽毛。结果令人惊叹：这两样东西以几乎相同的速度同时落地！这个实验生动地证明了，在没有空气阻力的情况下，重力会以相同的方式作用于所有物体。
所以，下次当您思考这个问题时，记住，不是因为铁块比羽毛“更重”或者“更容易被地球吸引”而下落得更快，而是因为在日常生活中，空气阻力这个“看不见的屏障”对形状不同、表面积不同的物体产生了不同的阻碍作用。在没有空气的真空世界里，万有引力定律展现出了它最纯粹、最公平的一面。
网友意见
当然是铁球快，因为它离【地球——物体】的质心更近。而地球也会往质心去汇合。
差别难以测量罢了。
阿波罗15号宇航员David Randolph Scott，在月球上的实验。一手羽毛，一手锤子，同时释放。
https://www.zhihu.com/video/1042068439959056384[补充一组阿波罗登月的视频，有宇航员插国旗、不慎在月球跌倒、唱歌、从月球返回的视频]
阿波罗14号宇航员Mitchell 和Shepard 在月球上树起美国国旗。关于旗子为什么会在无空气的月球被“风”吹动，解释是：国旗上有“7”形金属杆支撑，在真空下因为没有空气的阻碍，因此金属杆的惯性动作可以维持较长时间，流言终结者也有在真空中做实验证明了。
https://www.zhihu.com/video/1044757606979616768阿波罗17号宇航员Harrison Schmitt在月球漫步时摔倒。
https://www.zhihu.com/video/1044760197113401344还是Harrison Schmitt，在月球边执行任务边唱曲。
https://www.zhihu.com/video/1044915114390085632阿波罗17号的返回舱离开月球，标志着阿波罗计划登月计划的结束。阿波罗计划从1961年到1972年，耗资240亿美元，先后将12名宇航员送上月球。
https://www.zhihu.com/video/1044764495343804416关于登月计划的阴谋论，2012年，尼尔·阿姆斯特朗在专访中回应：
“大众总是喜欢这种阴谋理论，有些还蛮有吸引力的，但对我来说从来都不是问题，因为我知道有一天会再有人们飞回到月球表面，把我留在那的那架摄影机带回来”。
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