Mi okozza azt, hogy egy vasgolyó és egy madártoll a Holdon egyforma sebességel esik le?

Az, hogy nincs légellenállás.

A Föld légköre sűrű, úgy is elképzelheted, mintha az atmoszférán belüli tér egy ritkább óceán lenne. És ahogy a vízben is elsüllyed a nehéz tárgy, és fent marad a könnyű, úgy a levegőben is lassabban esik le a könnyű, gyorsabban a nehéz. Mivel hogy ez a levegősűrűség nincs meg a Holdon, ezért ott egyszerre esik le minden.

Nagyon leegyszerűsítve a tehetetlen és a gravitáló tömeg azonos értéke.

A tárgyak gyorsulása F/m, ahol az m a tehetetlen tömeg. Az F erő, ami hat rájuk, a gravitációs erő, ami viszont egyenesen arányos a test gravitáló tömegével, megjelenik a tört számlálójában. Mivel a két tömeg azonos értékű, egyszerűsíthető velük a tört, így szabadeséskor a gyorsulásuk független lesz a tömegtől.

Mindez azért lehet, mert a számításból teljesen kihagyhattuk a légellenállást. A tollnak a tömegéhez képest nagy a felülete, a levegő a súlyával összemérhető mértékű erőt tud rá kifejteni, emiatt esik lassabban a Földön. A Holdon viszont nincs légkör, ami fékezze.

A kérdező azért nem érti, mert felületesen olvasta, amit olvasott. Ezért célszerű a pontos megfogalmazás (nem "nehéz", hanem nagy a fajsúlya, sűrűbb), és a nem ide tartozó dolgok mellőzése.

A toll könnyűsége nem számít. Egy kiló toll és egy kiló vas között pontosan ugyanolyan súlyú. Az eltérés a fajsúly miatt van, így egy kiló toll lényegesen nagyobb térfogatú, ezért a levegő ellenállása lényegesen nagyobb, így jobban fékezi az esést. Gondoljunk arra, a népszerű ernyőrepülés ernyője összecsukva simán és elég rövid idő alatt leesik, míg kinyitva egy ember súlyától sem, sőt, felfelé mozog (a légáramlat segítségével). A holdon nincs levegő, légüres tér van a felszín felett.

A #2 első bekezdés csak zavaró tényező és nem ok. Az ok a 2. bekezdésben van.

"Az eltérés a fajsúly miatt van, így egy kiló toll lényegesen nagyobb térfogatú, ezért a levegő ellenállása lényegesen nagyobb, így jobban fékezi az esést"

Ennek nem a fajsúlyhoz van köze, inkább az alakhoz. Dobj ki egy toronyból valami súlyt egy összegyűrt és egy nyitott ernyővel. Mindkettő fajsúlya ugyanannyi, még a térfogatuk is, de más az alakjuk. (Ld: alaki tényező)

"Egy 10 kilós vasgolyó a Holdon (vákuumban) is gyorsabban esik le, mint egy 10 grammos tollpihe."

Nem. Szabadeséskor a gyorsulásuk független lesz a tömegtől. :)

Mondok egy másik megközelítést. Vegyük a szubatomi részecskéket, amiből állnak az atomok, proton, neutron, elektron. És ugye atomok tipusától függetlenűl, minden atomban azonos tulajdonságú szubatomirészecskék vannak. Ha ledobunk 100 protont, azok pontosan egyformán fognak zuhanni, gyorsulni, mert a szubatomi részecskék egyformák. Ha összerögzítjük ezt a 100 protont, akkor is, pont ugy fognak zuhanni vakumban, mint egy proton. Tehát mindegy, hogy mennyi szubatomi részecskét halmozunk fel, atomok, vagy tárgyak formájában, az nem befolyásolja a zuhanásukat.

A tollban és a vasgolyóban különbőző mennyiségű szubatomrészecske van, de az összes részecske, pont ugyan úgy fog mozogni gyorsúlni, akár vasgolyóban van, akár a tollban, mert ezek a részecskék egyformák.

És ennek alapján a #7-es által írt különbség sem igaz.

Ha meg van légellenállás akkor az a különbség, hogy a vasgolyó több, és kisebb felületen elhelyezkedő szubatomirészecskéire külön külön kisebb légellenellás jut, ezért jobban gyorsúlnak.

"Ha összerögzítjük ezt a 100 protont, akkor is, pont ugy fognak zuhanni vakumban, mint egy proton"

Érdekes megközelítés, van benne ráció. Szabadeséskor (légellenállás nélkül) a testben nem ébrednek feszültségek (mint ahogy pl. egy alátámasztott nyugvó testben), így az egyes részei együtt és külön is ugyanúgy mozognak, függetlenül attól, hogy mekkorának veszünk egy részt.