Miksi kaksi suurta tai pientä esinettä putoaa samalla nopeudella?

Kaksi putoavaa esinettä, niiden massasta riippumatta, eivät välttämättä pudota täsmälleen samalla nopeudella. Ilman vastuksen puuttuessa kaikki esineet kiihtyvät painovoiman vaikutuksesta nopeudella noin 9,8 metriä sekunnissa neliössä (32 jalkaa sekunnissa neliö). Ilmanvastus, joka tunnetaan myös vastuksena, saa kuitenkin putoavien esineiden nopeuden vaihtelemaan niiden koosta, muodosta ja muista tekijöistä riippuen.

Ilmanvastuksen vaikutukset ovat merkittävämpiä pienemmillä esineillä, joiden pinta-ala on suurempi suhteessa niiden massaan, verrattuna suurempiin esineisiin, joiden pinta-ala on pienempi suhteessa massaansa. Tämä johtuu siitä, että vastusvoima on verrannollinen kohteen pinta-alaan ja sitä ympäröivän ilmavirran nopeuteen. Pienemmät esineet, kuten höyhen, kokevat suuremman ilmanvastuksen kuin suuremmat esineet, kuten keilapallo. Tämän seurauksena pienempi esine putoaa hitaammin kuin suurempi esine.

Reaalimaailman olosuhteissa vetovoima muuttaa painovoiman aiheuttamaa kiihtyvyyttä, mikä johtaa pienempään havaittuun kiihtyvyyteen. Nopeus, jolla kohteen nopeus kasvaa painovoiman vaikutuksesta ja pienenee vastuksen vaikutuksesta, määrittää sen "päätenopeuden", vakionopeuden, jolla vastusvoima tasapainottaa gravitaatiovoimaa.

Galileo Galilein 1500-luvulla tekemässä kuuluisassa kokeessa Pisan kaltevasta tornista pudotettiin samanaikaisesti kaksi eri massaista esinettä. Vaikka molemmat esineet saavuttivat maan suunnilleen samaan aikaan, Galileo huomautti, että raskaampi esine saavutti sen hieman nopeammin. Tämä havainto ei kuitenkaan johtunut pelkästään esineiden massasta, vaan pikemminkin massan, muodon ja ilmanvastuksen yhdistelmästä.

Siksi, vaikka yleisesti sanotaan, että kaksi esinettä putoaa samalla nopeudella painovoiman vuoksi, tämä pätee vain teoreettisessa tyhjiössä, jossa ilmanvastusta ei ole. Ilman läsnäollessa esineet kokevat vastusvoiman, joka vaikuttaa niiden nopeuteen ja saa pienet esineet putoamaan hitaammin kuin suuret esineet.