Γιατί δύο αντικείμενα μεγάλα ή μικρά πέφτουν με την ίδια ταχύτητα;

Δύο αντικείμενα που πέφτουν, ανεξάρτητα από τη μάζα τους, δεν θα πέσουν απαραίτητα με την ίδια ακριβώς ταχύτητα. Ελλείψει αντίστασης αέρα, όλα τα αντικείμενα θα επιταχύνουν λόγω της βαρύτητας με ρυθμό περίπου 9,8 μέτρα ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο (32 πόδια ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο). Ωστόσο, η παρουσία αντίστασης του αέρα, γνωστή και ως οπισθέλκουσα, θα προκαλέσει τη διακύμανση της ταχύτητας των αντικειμένων που πέφτουν ανάλογα με το μέγεθος, το σχήμα και άλλους παράγοντες.

Τα αποτελέσματα της αντίστασης του αέρα είναι πιο σημαντικά για μικρότερα αντικείμενα με μεγαλύτερη επιφάνεια σε σχέση με τη μάζα τους σε σύγκριση με μεγαλύτερα αντικείμενα με μικρότερη επιφάνεια σε σχέση με τη μάζα τους. Αυτό συμβαίνει επειδή η δύναμη έλξης είναι ανάλογη με την επιφάνεια του αντικειμένου και την ταχύτητα της ροής αέρα γύρω από αυτό. Τα μικρότερα αντικείμενα, όπως ένα φτερό, θα έχουν μεγαλύτερη αντίσταση στον αέρα σε σύγκριση με μεγαλύτερα αντικείμενα, όπως μια μπάλα μπόουλινγκ. Ως αποτέλεσμα, το μικρότερο αντικείμενο θα πέσει πιο αργά από το μεγαλύτερο αντικείμενο.

Σε πραγματικές συνθήκες, η επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας τροποποιείται από τη δύναμη οπισθέλκουσας, με αποτέλεσμα χαμηλότερη παρατηρούμενη επιτάχυνση. Ο ρυθμός με τον οποίο αυξάνεται η ταχύτητα ενός αντικειμένου λόγω της βαρύτητας και μειώνεται λόγω της έλξης θα καθορίσει την «τελική του ταχύτητα», τη σταθερή ταχύτητα με την οποία η δύναμη έλξης εξισορροπεί τη βαρυτική δύναμη.

Στο διάσημο πείραμα που διεξήγαγε ο Galileo Galilei τον 16ο αιώνα, δύο αντικείμενα διαφορετικής μάζας έπεσαν ταυτόχρονα από τον Πύργο της Πίζας. Ενώ και τα δύο αντικείμενα έφτασαν στο έδαφος περίπου την ίδια στιγμή, ο Γαλιλαίος παρατήρησε ότι το βαρύτερο αντικείμενο το έκανε ελαφρώς πιο γρήγορα. Ωστόσο, αυτή η παρατήρηση δεν οφειλόταν μόνο στη μάζα των αντικειμένων, αλλά μάλλον σε συνδυασμό μάζας, σχήματος και αντίστασης αέρα.

Επομένως, ενώ λέγεται συνήθως ότι δύο αντικείμενα πέφτουν με την ίδια ταχύτητα λόγω της βαρύτητας, αυτό ισχύει μόνο σε ένα θεωρητικό κενό όπου η αντίσταση του αέρα απουσιάζει. Παρουσία αέρα, τα αντικείμενα υφίστανται μια δύναμη έλξης που επηρεάζει την ταχύτητά τους και αναγκάζει μικρότερα αντικείμενα να πέφτουν πιο αργά από τα μεγαλύτερα αντικείμενα.