توپ بسکتبال زودتر به زمین می‌رسد یا توپ پینگ‌پنگ؟
پاسخ کوتاه: اگر دو توپ از یک ارتفاع و هم‌زمان رها شوند، در هوای معمولی توپ بسکتبال معمولاً زودتر به زمین می‌رسد؛ چون مقاومت هوا نسبت به جرم توپ پینگ‌پنگ اثر بیشتری دارد. در خلأ، هر دو تقریباً هم‌زمان سقوط می‌کنند.
چرا در خلأ هم‌زمان می‌رسند؟
در سقوط آزاد، تنها نیروی مهم گرانش است و شتاب سقوط نزدیک سطح زمین برای اجسام مختلف تقریباً ۹٫۸ متر بر مجذور ثانیه است. سنگین‌تر بودن توپ بسکتبال به‌تنهایی باعث سقوط سریع‌تر آن در خلأ نمی‌شود.
نقش مقاومت هوا
توپ پینگ‌پنگ جرم کمی دارد و نسبت سطح آن به جرمش زیاد است؛ بنابراین هوا بخش قابل‌توجهی از اثر گرانش را خنثی می‌کند. توپ بسکتبال نیز با مقاومت هوا روبه‌روست، اما این مقاومت نسبت به وزن آن اثر کمتری دارد.
| شرایط | نتیجه |
|---|---|
| خلأ | هر دو توپ تقریباً هم‌زمان می‌رسند. |
| هوای معمولی | توپ بسکتبال معمولاً زودتر می‌رسد. |
آزمایش ساده
هر دو توپ را از ارتفاع یکسان، بدون هل‌دادن و در یک لحظه رها کنید. آزمایش را چند بار تکرار و در صورت امکان با فیلم آهسته بررسی کنید. این آزمایش تفاوت مقاومت هوا را نشان می‌دهد، نه اثر وزن به‌تنهایی.
پاسخ مناسب علوم چهارم
در خلأ، توپ بسکتبال و توپ پینگ‌پنگ با شتاب گرانش یکسان سقوط می‌کنند؛ اما در هوای معمولی، مقاومت هوا روی توپ سبک پینگ‌پنگ بیشتر اثر می‌گذارد و توپ بسکتبال معمولاً زودتر به زمین می‌رسد.
پرسش‌های متداول
آیا توپ سنگین‌تر همیشه زودتر سقوط می‌کند؟
خیر. در خلأ جرم به‌تنهایی زمان سقوط را تعیین نمی‌کند.
آیا ارتفاع شروع باید یکسان باشد؟
بله؛ برای مقایسه منصفانه ارتفاع و زمان رهاسازی باید یکسان باشد.
هل‌دادن توپ چه اثری دارد؟
سرعت اولیه و مسیر را تغییر می‌دهد و آزمایش را غیرمنصفانه می‌کند.
