落體狂飆：鐵球Vs.羽毛，誰更快？

劉雪松 閆娜 耿德路

數(shù)百年前，在伽利略的組織下，一大一小兩個(gè)鐵球相約在比薩斜塔進(jìn)行自由落體競速賽。在眾人的見證之下，它們“兩兄弟”打成了平手，證明了自由落體運(yùn)動(dòng)與物體的質(zhì)量和體積無關(guān)。

不過， 我們卻時(shí)常發(fā)現(xiàn)，羽毛、紙張……總是慢悠悠地飄落。

于是，鐵球打算邀請(qǐng)羽毛來一場自由落體競速賽。

在它看來，穩(wěn)操勝券，羽毛輸定了！

羽毛可憐巴巴地找到你幫忙，它不想輸?shù)锰y看。

賽道指定技術(shù)——落管

估計(jì)你也知道，輕飄飄的羽毛不像沉甸甸的鐵球，它很容易受到空氣的影響，兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)只能慢悠悠地飄落。這才給了鐵球莫大的自信。

你想：要是能消除空氣的影響，是不是就能幫到羽毛了？

是的！科學(xué)家也是這樣想的。為此，他們?cè)O(shè)計(jì)了幾套先進(jìn)的自由落體競速“賽道”——落塔、落管、落井。

這些賽道，實(shí)際是依賴于落管技術(shù)修建的一根根豎直的、長長的管道。它們的主要區(qū)別就是裝置高度的不同。為了實(shí)現(xiàn)“真·自由落體”，科學(xué)家會(huì)使用真空泵將管道內(nèi)的空氣抽出，盡可能地將空氣對(duì)參賽選手的影響減至零！

競速狂飆，拒絕空氣干擾

根據(jù)自由落體的運(yùn)動(dòng)方程（h =1/2gt 2）進(jìn)行簡單的估算，如果整場比賽持續(xù)三秒，那么，至少需要45 米高的賽道來承辦這項(xiàng)比賽。

好在落管技術(shù)在設(shè)計(jì)上非常靈活，能夠提供的賽道高度從幾米至幾百米不等，完全可以滿足本次比賽的需要。不止如此，賽道空間也很寬裕，要是其他諸如氣球、木板等大小、重量不一的選手也想來參賽，一樣是沒有問題的。

鐵球Vs. 羽毛，比賽開始！

頃刻之間，鐵球和小羽毛同時(shí)從賽道最高點(diǎn)開始下落！

在重力的作用下，它們開始做自由落體運(yùn)動(dòng)。

鐵球側(cè)身一看，驚道：咦？羽毛怎么沒被甩下？

羽毛微微一笑，繼續(xù)跟鐵球齊頭并進(jìn)！原來，因?yàn)槁渚夹g(shù)打造的賽道內(nèi)無比接近真空，空氣阻力對(duì)羽毛的影響幾乎可以忽略不計(jì)。兩位參賽選手將處于完全失重的狀態(tài)！

20 米，30 米……選手之間沒有拉開一點(diǎn)差距！

最終，鐵球和羽毛一路落體狂飆，同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)——鐵球沒有贏，羽毛沒有輸！

復(fù)原失重，重現(xiàn)太空神奇

得益于落管技術(shù)，你成功地幫助了羽毛。那么，你是否想到， 這條由落管技術(shù)打造的賽道，已經(jīng)將神奇的太空現(xiàn)象挪到了眼前——數(shù)秒之內(nèi)的失重狀態(tài)，已經(jīng)如同在太空之中遨游一般。

在生活中，將水和食用油混合在一起，靜置一段時(shí)間后，因?yàn)閮烧呙芏鹊牟町悾瑫?huì)出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象。而在太空中，由于失重，這樣的上下分層現(xiàn)象將不復(fù)存在，取而代之的會(huì)是像蛋清和蛋白那樣層層包裹的殼核結(jié)構(gòu)。

此外，太空的失重狀態(tài)也會(huì)引發(fā)液體、熔體很多有趣的變化。這些不斷吸引著科學(xué)家的目光。落管技術(shù)能在地球就模擬出這樣的條件，幫助科學(xué)家完成很多失重狀態(tài)下的研究任務(wù)！

而善于觀察的同學(xué)們，從鐵球和羽毛的競速賽中也許還能學(xué)到更多物理知識(shí)。將來某一天，說不定你能直接帶著“羽毛”，借助高聳入云的落管，攀升至神奇的太空！