"Vật nặng có rơi nhanh hơn vật nhẹ không?" Đây là một câu hỏi mà hẳn nhiều người trong chúng ta đã từng thắc mắc từ nhỏ: Nếu thả một quả tạ và một chiếc lông vũ từ cùng một độ cao, vật nào sẽ chạm đất trước? Trực giác và quan sát hàng ngày thường mách bảo chúng ta rằng vật nặng hơn chắc chắn sẽ rơi nhanh hơn. Nhưng liệu trực giác đó có đúng với các định luật vật lý không? Quan niệm từ thời Aristoteles Trong một thời gian rất dài, từ thời Hy Lạp cổ đại, nhà triết học vĩ đại Aristoteles đã cho rằng tốc độ rơi của một vật tỉ lệ thuận với khối lượng của nó. Nghĩa là, một vật nặng gấp đôi vật kia sẽ rơi nhanh gấp đôi. Quan điểm này có vẻ hợp lý dựa trên quan sát thông thường (một hòn đá rơi nhanh hơn một chiếc lá) và đã được chấp nhận rộng rãi trong gần 2000 năm. Cuộc cách mạng của Galileo Galilei Phải đến thế kỷ 16-17, nhà khoa học người Ý Galileo Galilei mới đặt ra nghi vấn nghiêm túc về quan điểm của Aristoteles. Thông qua các thí nghiệm cẩn thận (dù câu chuyện thả vật từ Tháp nghiêng Pisa có thể chỉ là giai thoại), Galileo đã đi đến một kết luận mang tính cách mạng: Trong điều kiện lý tưởng (loại bỏ sức cản của không khí), tất cả các vật thể, bất kể khối lượng, sẽ rơi với cùng một gia tốc và chạm đất cùng một lúc nếu được thả từ cùng một độ cao. Tại sao lại như vậy? Lực hấp dẫn của Trái Đất kéo vật nặng hơn với một lực lớn hơn, đúng! Nhưng vật nặng hơn cũng có quán tính lớn hơn, nghĩa là nó chống lại sự thay đổi vận tốc mạnh hơn. Hai yếu tố này triệt tiêu lẫn nhau một cách hoàn hảo, dẫn đến cùng một gia tốc rơi cho mọi vật thể (ký hiệu là g, xấp xỉ 9.8 m/s² gần bề mặt Trái Đất). Vậy tại sao hàng ngày chúng ta thấy hòn đá rơi nhanh hơn chiếc lá? Câu trả lời nằm ở yếu tố mà Galileo đã tạm loại bỏ trong điều kiện lý tưởng: Sức cản của không khí. Không khí xung quanh chúng ta tạo ra một lực cản chống lại chuyển động của vật rơi. Lực cản này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng quan trọng nhất là: Tốc độ của vật: Càng rơi nhanh, lực cản càng lớn. Hình dạng và Diện tích bề mặt của vật: Vật có diện tích bề mặt lớn theo hướng rơi (như chiếc lá, tờ giấy, lông vũ) sẽ chịu lực cản lớn hơn nhiều so với vật có hình dạng gọn gàng, đặc và nặng (như hòn đá, quả tạ) dù có cùng tốc độ. Đối với chiếc lông vũ hay tờ giấy, lực cản của không khí nhanh chóng trở nên đáng kể so với trọng lực kéo nó xuống, làm chậm tốc độ rơi của nó rất nhiều. Trong khi đó, với hòn đá nặng, lực cản không khí chỉ là một phần nhỏ so với trọng lực mạnh mẽ kéo nó xuống, nên nó rơi nhanh hơn trong không khí. Bằng chứng thép: Thí nghiệm trên Mặt Trăng Để chứng minh dứt điểm kết luận của Galileo, không đâu lý tưởng hơn một môi trường chân không - nơi không có không khí. Và điều đó đã được thực hiện! Trong sứ mệnh Apollo 15 lên Mặt Trăng năm 1971, phi hành gia David Scott đã thực hiện một thí nghiệm đơn giản nhưng cực kỳ ý nghĩa: Ông thả đồng thời một chiếc búa địa chất (nặng) và một chiếc lông vũ (nhẹ) từ cùng một độ cao. Kết quả? Cả hai vật chạm vào bề mặt Mặt Trăng cùng một lúc! Đây là minh chứng hùng hồn cho thấy, khi loại bỏ sức cản không khí, khối lượng không ảnh hưởng đến tốc độ rơi của vật thể. Kết luận Vậy, vật nặng có rơi nhanh hơn vật nhẹ không? Trong chân không: KHÔNG . Tất cả các vật rơi với cùng gia tốc 'g'. Galileo đã đúng. Trong không khí: THƯỜNG LÀ CÓ. Do ảnh hưởng của sức cản không khí, các vật nhẹ hơn với diện tích bề mặt lớn thường rơi chậm hơn đáng kể so với các vật nặng, đặc và gọn gàng. Trực giác hàng ngày của chúng ta không sai hoàn toàn, nhưng nó chỉ đúng trong điều kiện có không khí và do tác động của lực cản, không phải do bản chất của lực hấp dẫn.
