自由落體速度和質量無關，為什麼一滴水從高空墜落不會砸傷人？

一滴水從高處自由落體下來究竟能不能砸死人，答案是足夠高的高度可以砸死人。

自由落體的力量

最早，古希臘科學家亞里士多德提出，物體在相同高度下墜落時，墜落的速度是由物體本身的重量決定的。物體的重量越快，下落的速度也越快。比如：一塊鐵和一塊棉花，應該是重量較重的鐵墜落速度快。

這種結論很符合人們的日常觀察，所以人們一直接受這個觀點，直到伽利略提出了不同的看法。

在1636年，伽利略在《兩種新科學對話》中提到，如果按照亞里士多德的理論，那麼假設有兩塊石頭，一塊石頭的重量為8千克，而另一塊石頭的重量是4千克，那麼大石頭的墜落速度比小石頭的墜落速度快。

但當兩塊石頭綁在一起的時候，下落較快的石頭會被下落較慢的石頭拖慢速度，因此這塊石頭的墜落速度應該慢於下落較快的石頭。

然而這兩塊石頭的重量達到了12千克，理論上速度又應該快於下落速度較快的石頭。這就陷入了矛盾之中。

為了解決這個矛盾，伽利略提出，物體下落的速度並不是重量決定的。而是與時間成正比，所耗費的時間越長，墜落速度越快。

據說，伽利略為了驗證自己的理論，在比薩斜塔上進行了一大一小鐵球實驗，最終證明這兩個鐵球同時到達地面。也就是說，無論是鐵球還是棉花，到達地面的時間應該相同。

後人總結了自由落體運動的三個特點，分別為：

初始速度為0，如果一個物體的具有初速度，那麼即便滿足其他的條件，也不是自由落體運動。物體在下落的過程中，只受重力作用。我們知道，力除了有大小，還有方向，而物體在下落的過程中，一般會受到重力，空氣阻力等因素阻擾。而自由落體運動，物體除了重力作用下，不再受其他力的印象，比如空氣阻力。任何物體在同等高度做自由落體速度時，下落的時間相同。也就是說，不管一個物體的質量、體積、與空氣的接觸面積有多大，到達地面的時間都相同。比如：一塊鐵和一塊棉花在做自由落體時，速度相同。也就是說，一滴水只要達到足夠的高度，那麼當它以自由落體墜落到地面時，速度就可以非常快，快到足以砸傷地面生物，甚至會砸死。

為什麼雨水沒有砸死人？

雖然理論上講，雨滴只要達到足夠的高度就可以砸傷人，但實際上，雨滴從未砸死過任何人，甚至連砸傷都未曾有過。那為什麼會這樣呢？這是因為我們忽視了空氣阻力的作用。

我們知道，物體從高處墜落時，不僅會受到重力因素影響，還會受到空氣阻力的作用。而空氣阻力的大小和物體的速度、與空氣的接觸面積、大氣密度有關。

物體的運動速度越快，空氣阻力越大，也就是說雨滴在墜落的過程中，空氣阻力會起到減速作用，大大減緩了雨滴的墜落速度。

也有科學家把雨滴這樣小質量的物體的墜落速度，用終端速度來描述，從下圖中可以看出，時間越長，物體的墜落速度越慢，直到達到一定的速度。也就是說，無論雨滴從萬米高空墜落，還是從百米空中墜落，速度差距並不大。

再加上，雨滴在墜落的過程中，空氣流動會帶動雨滴的蒸發，導致雨滴內的水分子因蒸發重新進入到空氣中，然後再凝聚在其他雨滴周圍。也就是說，下落到地面的雨滴和最開始形成的雨滴，裡面的水分子構成不一樣，整個過程處於動態平衡。

所以，雨滴在落到地面時，速度會非常慢，大約只有1.8米/秒，再加上雨滴的質量非常小，所以這個速度不會砸傷地面生物。

而如果是一滴水從高空中墜落，由於周圍水分子較少，可能還沒等它落到地面，該水滴的水就會因蒸發而不會落到地面上，因此不會砸傷人，更不會砸死人。

總結

自由落體和物體的質量沒有關係，和物體墜落時的高度有關係，高度越高，物體到達地面時的時間就越久，末端速度就越快。關於這一點，伽利略曾經做過比薩斜塔進行了驗證。

也就是說，按照自由落體運動的規律，一滴水只要從一定高度的高空墜落下來，就一定會砸死人，甚至會砸傷人。

之所以雨水落下沒有砸傷人，是因為空氣阻力的作用，空氣阻力使得雨滴無論從萬米高空還是百米高空落下，墜落速度都一樣，所以不會砸傷人。