鉄球も羽も同時に落ちるNASAの実験！なぜ羽と鉄球は同時に落ちるのか？ガリレオも驚いた「落下の法則」！

サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。

あなたの手からつるんと滑り落ちたスマートフォン。その一瞬の出来事に、実は宇宙を支配する壮大なルールが隠されているとしたら、ワクワクしませんか？木から落ちるリンゴを見て、ニュートンが「万有引力の法則」をひらめいたというエピソードはあまりにも有名です。しかし、私たちの目の前にある「ものが落ちる」というありふれた現象には、今もなお人々を驚かせるドラマが詰まっているのです。

突然ですが、クイズです。一枚の紙と重たい石を同時に手から離したら、どちらが先に地面に着くでしょうか？「そんなの、重い石に決まっているじゃないか！」そう思ったあなた、物理学の入り口へようこそ。

実はその「常識」、ある特別な条件が加わると、魔法のように覆ってしまうのです。今回は、日常の中に潜む科学の神秘「落下運動」の世界をご案内します。

常識を疑え！ガリレオが挑んだ「落下の謎」

今から400年以上も昔、偉大な科学者ガリレオ・ガリレイも、あなたと同じ疑問を抱いていました。当時の人々は「重いものほど速く落ちる」というアリストテレスの教えを、2000年もの間、信じて疑わなかったのです。

しかし、ガリレオは自分の頭で考えました。「もし空気の邪魔がなければ、すべての物体は重さに関係なく同じ速さで落ちるはずだ」と。この直感を証明するために、彼がピサの斜塔から大小の玉を同時に落とし、人々の鼻をあかしたという伝説は、科学史上最も有名なエピソードの一つです。（※実際には思考実験だったという説もありますが、そのワクワク感は変わりませんね！）

「いやいや、でも実際に羽とボールを落としたら、絶対にボールが先に落ちるでしょう？」

その通りです。私たちの周りには 「空気抵抗」 という、目に見えないブレーキ役が存在します。軽い羽は空気の粒に邪魔されてゆっくりと舞い、重いボールは空気を切り裂いて進みます。では、もしその「空気」がなくなったらどうなるのでしょうか？

NASAが証明！真空では羽も鉄球も同時に落ちる

イギリスの放送局BBCが、なんとNASAの巨大な施設を使って、人類の夢とも言える実験を行いました。舞台は、世界最大の「真空チャンバー」。空気の粒を一つ残らず追い出し、月面と同じような無の世界を作り出せる場所です。最初は空気がある状態で実験します。当然、重い鉄球がドスンと落ち、羽はひらひらと後から舞い降ります。しかし、ポンプを回し続け、巨大な真空空間を作り出した後、再び同時に落下させると……。

BBC TWO より引用

信じられない光景が広がります。フワフワの羽と重い鉄球が、まるで手をつないでいるかのように、完璧にそろって着地するのです。 物理学の教科書に書かれた「すべての物体は等しく加速する」という真実が、目に見える形となって現れた衝撃的な瞬間です。ここからは、この美しい「落下運動」の正体を、数式という魔法の言葉を使って解き明かしていきましょう。

数式で冒険しよう！落下運動の2大パターンを解き明かす

落下運動は、地球の重力が物体をひたすら引っ張ることで起こります。このとき、物体の速さは一定の割合でどんどんスピードアップしていきます。この加速の度合いを「重力加速度」と呼び、記号 $g$ で表します。地球上ではおよそ9.8m/s^2。つまり「1秒経つごとに、秒速が 9.8m ずつ速くなる」というルールです。このルールさえ知っていれば、未来の速度も距離も、計算だけで予言できてしまいます。