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  真空落體裝置

在一個能抽真空的管子內,讓一個很輕和另一個很重的兩個不同重量的物體同時落下。在真空的時候誰會先著陸呢?而在非真空的時候又是誰先著陸呢?
 

實驗演示影片


1.實驗簡介

2.實驗演示

3.實驗講解


實驗原理


P.S.左邊是一個能抽真空的管子,裡面白色的是保麗龍,橘色的是硬幣。右邊是機械幫浦。

物體行自由落體運動時,會受到兩個力,其一是本身的重力,另一個是空氣的阻力。重力大小由物體本身的質量決定,而空氣阻力則比較和體積有關係,更準確來說是和落下方向垂直的截面積有關係,因此重力與空氣阻力的關係其實從密度可略知一二。

假設保麗龍質量M,硬幣質量m,分別受到重力和空氣阻力。則
保麗龍所受合力:

 

硬幣所受合力:

 

因保麗龍所受到的空氣阻力比其重力略低一些,然而硬幣所受到的空氣阻力相比於其重力卻微乎其微,即

        
        

因為硬幣的加速度大於保麗龍,故在非真空中硬幣會比保麗龍先著陸。

而在真空中時,因為沒有空氣阻力
 

所以保麗龍受到合力為

 

而硬幣受到合力為

兩者加速度相同 ,因此便會同時著陸。

 

問題思考


1.如果有兩個一樣大小但重量不同的兩個球從高處落下,請問哪個會先落地呢?
2.如果在月球上做這個實驗你猜誰會先著地?
3.如果在太空船做這個實驗你知道誰會先落下嗎?
4.如果用相對運動來解釋,你知道該怎麼解釋真空和非真空的不同現象嗎?

 

補充資料


1.維基百科全書

2.格物致知物理學習網站