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比萨斜塔上的实验自由落体定律

时间:2022-02-11 理论教育 版权反馈
【摘要】:16世纪末,伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的著名实验,从此推翻了亚里士多德的“物体下落速度和重量成比例”学说,推翻了这个持续了1900年之久的错误结论。到了16世纪,伽利略对此产生了怀疑,并做了一系列研究和实验。经过多次实验,伽利略终于得出结论:物体下落的快慢与重量无关,所有物体下落的快慢都是相同的。比萨斜塔是一座54.6米高的八层圆柱形建筑,由于塔基问题,塔身发生倾斜,那正是理想的落体实验场所。

公元前4世纪,古希腊学者亚里士多德提出了一个错误的学说:物体下落速度和重量成比例。由于亚里士多德声望很高,因此这一错误结论持续了1900年之久,直到16世纪,才被伽利略推翻。

16世纪末,伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的著名实验,从此推翻了亚里士多德的“物体下落速度和重量成比例”学说,推翻了这个持续了1900年之久的错误结论。

地面上重物的下落是人类最早观测到的自然现象之一。千百年来,人们根据自己的日常经验都认为重物下落得快,轻物下落得慢。公元前4世纪,古希腊学者亚里士多德更把这一现象上升到了“理论”:重的物体落地快,轻的物体落地慢,也就是说,物体下落速度和重量成比例。此后,在将近2000年的漫长岁月里,人们一直把这一论断当做真理。到了16世纪,伽利略对此产生了怀疑,并做了一系列研究和实验。

伽利略

在比萨大学任教期间,伽利略多次对亚里士多德的观点提出疑问,他巧妙地设计了一个“佯谬”:如果亚里士多德的论断成立,轻重不同的两个物体下落时,重的物体下落快,轻的物体下落慢。可是,如果将它们绑在一起同时下落会出现什么情形呢?

根据亚里士多德的观点,绑在一起后的物体会比原来重的物体更重,所以它们就比重的物体下落得更快。但他同时又认为“快的物体会由于被慢的拖着而减速,慢的物体会由于被快的拖着而加速”,那么绑在一起的物体就应该比原来重的物体下降得更慢一些。

据记载,伽利略于1590年在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的著名实验。

这两个结论很显然是矛盾的。伽利略认为,只有假定重力加速度与物体的重量无关,才能消除这个矛盾。经过多次实验,伽利略终于得出结论:物体下落的快慢与重量无关,所有物体下落的快慢都是相同的。

伽利略公开了自己的论断,这一做法触怒了当时许多学者和教授,于是产生了流传广泛的斜塔实验故事。比萨斜塔是一座54.6米高的八层圆柱形建筑,由于塔基问题,塔身发生倾斜,那正是理想的落体实验场所。

据说1590年的一天,为了证明自己的论断,26岁的伽利略邀请了当时许多学者到斜塔旁观看。只见他两手分别拿着一个约0.45千克和约4.5千克重的铅球,一步一步地登上斜塔。到了塔顶,他向下做了个手势请观众注意,随即双手平举两个铅球让它们同时下落,最后“啪”的一声,两个重量相差9倍的铅球同时落地。

在场的学者亲眼目睹了这一精彩的场面,伽利略胜利了,他用活生生的事实向人们证明了两个物体同时落地的现象,从而证明了亚里士多德的说法错误。

后来,伽利略又继续研究物体下落的距离和所用时间的关系。多次实验之后,他终于得出了物体自由下落的运动都是匀加速运动的结论,并进一步发现了物体下落运动的规律——自由落体定律,即物体从静止状态开始下落,物体运动的距离同下落时间的平方成正比。

这一定律不仅揭示了物体下落运动的客观规律,而且为人类认识物理学找到了一条正确的途径和方法,正是由于伽利略创立的实验事实与理性思维相结合的科学方法,物理学研究才走上了一条正确的道路。

学海拾贝

伽利略留了给后人宝贵的精神财富。爱因斯坦曾这样评价:“伽利略的发现,以及他所用的科学推理方法,是人类思想史上最伟大的成就之一,而且标志着物理学的真正的开端!”

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