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実験 08

重いものほど、速く落ちる?

鉄球と羽根を同じ高さから落とすと、鉄球が先に着きます。では、重いから速いのでしょうか。 空気を抜いたり、月へ持っていったりして、3 つを同時に落としてみてください。

つまみを動かす

落とす場所
空気
10m
落としてみる
実際の速さで落ちます
3 つのものを同時に落とす 左から鉄球、ピンポン球、羽根。同じ高さから同時に手を放し、地面に着いた時刻を表示します。数値は下の読み取り欄にもあります。
鉄球が着くまで
—秒
ピンポン球が着くまで
—秒
羽根が着くまで
—秒

高さの変わり方をくらべる

落ちはじめてからの高さ 横軸が時間、縦軸が高さ。3 つのものの高さが時間とともに下がっていくようすを線で示したグラフ。数値は下の表にもあります。
数字の表で見る
もの重さ着くまで着く瞬間の速さ空気がないとき

空気の抵抗は「速さの 2 乗に比例する」として計算しています。どれだけ速くなれるかの上限(終端速度)は、 鉄球(直径 5 cm)秒速 95 m、ピンポン球 秒速 9 m、羽根 秒速 1 m を目安にしました。 本物の羽根はひらひらと向きを変えながら落ちるので、落ち方は毎回ちがいます。

なぜ、真空では同時に落ちるのか

重いものほど、地球に強く引っぱられます。鉄球は羽根の何百倍もの力で引かれています。 ところが、重いものほど動かしにくくもあります。 引っぱる力が 100 倍なら、動かしにくさも 100 倍。差し引きで、速さの増え方(重力加速度)はどれも同じになります。 ガリレオが 400 年前に気づいたことで、アインシュタインはこれを重力の理論の出発点にしました。

空気の中で羽根が遅いのは、重いか軽いかではなく、重さのわりに空気を受ける面が広いからです。 1971 年、アポロ 15 号のデビッド・スコット飛行士は、月面でハンマーと羽根を同時に落とし、 同時に着くことをテレビ中継で見せました。

地球と月で、重力の強さはなぜちがう

1倍
1倍
50kg
重力の強さ(地球 = 1)
1.00倍
体重計の目盛り
50kg
同じ力でとんだ高さ
0.50m
10 m を落ちる時間(真空)
1.43秒

表面の重力の強さは「星の重さ ÷ 半径の 2 乗」に比例します。地球のジャンプは 0.5 m としました。 体重計は「引っぱられる力」を測る道具なので目盛りは変わりますが、体そのもの(質量)はどこでも同じです。

つづけて動かす