下雨是一種常見的天氣現象，雨滴從天而降，重量有大有小。那你是否有過這樣的思考：在雨滴落下的過程中，是雨滴越大落得越快還是雨滴越小落得越快呢？
對待這個問題，如果從重力與速度之間的關係去分析，大雨點較重，下落速度會比較快；而從空氣阻力角度去考慮，大雨滴受到了較大的阻力，則下落的速度會比較慢；但是，如果將雨滴的下落過程與伽利略的自由落體實驗聯繫起來，那麼，雨滴下落速度與質量無關，從同一高度落下將會同時落地。到底哪一種說法是正確的呢？
十六世紀，意大利科學家伽利略做了一個著名的自由落體實驗，他在比薩斜塔上同時擲下兩個不同重量的鐵球，最終兩個鐵球同時著地。這個實驗說明了任意質量的物體在相同高度做自由落體運動時，下落的時間是相同的，與物體質量無關。所謂自由落體運動，即物體只在重力的作用下從靜止開始下落的運動。所以，從嚴格意義上來說，自由落體運動僅存在於真空狀態下，需要排除空氣阻力的干擾。倘若在非真空狀態下，可以將空氣阻力忽略不計的話，物體由靜止自由下落的運動也可以看作自由落體運動，例如，成熟的蘋果從樹上掉落到地面。
那麼關鍵的問題來了，什麼情況下可以將空氣阻力的影響忽略呢？首先，物體下落的高度不能太高。物體在下落過程中速度越快受到的阻力就越大，空氣阻力對物體速度的影響就越明顯；再則，物體的重量要較大。重量越輕，物體受到的重力與空氣阻力之間的差異便越小，加速度也越小。比薩斜塔的高度只有50多米，且兩個鐵球的質量都比較大，所以伽利略自由落體實驗可以忽略空氣阻力，才能讓兩個鐵球同時著地。
由此我們可以知道，雨滴從雲層掉落下來，高度較高，且雨滴的重量也不算大，所以不能將其看作是自由落體運動，空氣阻力的影響必須考慮在內。雨滴在下落的過程中受到兩個相反方向的作用力，一個是方向向下的重力，另一個是方向向上的空氣摩擦力。在雨滴下落初期，重力大於摩擦力，雨滴呈現加速度狀態。並且，隨著雨滴速度不斷增大，摩擦力也同時增大。在下落達到一定速度後，重力和摩擦力相當，雨滴受到的力達到了平衡狀態，呈現出勻速狀態，此時的速度為最終速度。不管是大雨滴還是小雨滴，從雲層墜落的過程中的某個時刻一定會達到勻速狀態，以最終速度落地。所以，雲層的高度決定雨滴的最終速度只與其自身重量相關，雨滴的重量越大，自身重力則越大，其達到的最終速度就越大。因此，同一高度落下的雨滴，重量較大的會先一步落地。
雨滴的下落運動並不能被看作是簡單的自由落體運動，在整個過程中，其自身重力和空氣阻力都是關鍵影響因素。試想一下，倘若沒有了空氣阻力的影響，那麼，下雨天人們感受到的雨滴的衝擊力還會這麼輕微嗎？
來源 | 科普中國
