伽利略的自由落体实验

伽利略的自由落体实验 

排名第二.在16世纪末,人人都认为重量大的物体比重量小的物体下落得快,因为伟大的亚里士多德是这么说的.伽利略,当时在比萨大学数学系任职,他大胆地向公众的观点挑战,他从斜塔上同时扔下一轻一重的物体,让大家看到两个物体同时落地.他向世人展示尊重科学而不畏权威的可贵精神。

关于落体运动，古希腊哲学家亚里士多德仅仅凭借直觉和观感，曾经作出过这样的结论:重的物体下落速度比轻的物体下落速度快，落体速度与重量成正比。

1590年，伽利略在比萨斜塔上做了"两个铁球同时落地"的实验，得出了重量不同的两个铁球同时下落的结论，从此推翻了亚里士多德"物体下落速度和重量成比例"的学说，纠正了这个持续了1900多年之久的错误结论。关于自由落体实验，伽利略做了大量的实验，他站在斜塔上面让不同材料构成的物体从塔顶上落下来，并测定下落时间有多少差别。结果发现，各种物体都是同时落地，而不分先后。也就是说，下落运动与物体的具体特征并无关系。无论木制球或铁制球，如果同时从塔上开始下落，它们将同时到达地面。伽利略通过反复的实验，认为如果不计空气阻力，轻重物体的自由下落速度是相同的，即重力加速度的大小都是相同的。

数学推理

伽利略的时代，技术不够发达，通过直接测定瞬时速度来验证一个物体是否做匀变速运动，是不可能的，但是，伽利略应用数学推理得出结论:做初速度为零的匀变速运动的物体通过的位移与所用时间的平方成正比，即s=at^2这样，只要测出做变速运动的物体通过不同位移所用的时间，就可以验证这个物体是否在做匀变速运动。

伽利略是怎样推出s=1/2gt^2的呢?他的思路大致如下:先由平均速度 得出s= Vt。他推断初速度为零、末速度为v的匀变速运动的平均速度 v=(v0+v末)/2，然后应用这个关系得出s= v末t/2。再应用g=(v末-v0)/t 从上式消去v末，就导出s= gt^2/2 ，即s=1/2gt^2。

实验验证

伽利略将上述结果做了合理的外推，把结论外推到斜面倾角增大到90°的情况，这时小球将自由下落，成为自由落体伽利略认为，这时小球仍然会保持匀变速运动的性质。这种从斜面运动到落体运动的外推，是很巧妙的。不过，用外推法得出的结论，并不一定都是正确的。现代物理研究中也常用外推法，但用这种方法得到的结论都要经过实验的验证才能得到承认。

伽利略对自由落体的研究，开创了研究自然规律的科学方法，这就是抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法，这种方法对于后来的科学研究具有重大的启蒙作用，至今仍不失为重要的科学方法之一。