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带你认识伽利略的落体实验,原来比萨斜塔一直是谣传

2022-11-30 10:52:11 31

摘要:年轻的伽利略学习努力,还喜欢提问题,哪怕是人们司空见惯的现象,他也要弄个一清二楚,所以当他知道亚里士多德的观点后就想,如果把一块大石头和一块小石头捆在一起下落,大石头会被小石头拖着而减慢速度,那整个下落应该比单独大石头下落的慢。但两块石头捆...




年轻的伽利略学习努力,还喜欢提问题,哪怕是人们司空见惯的现象,他也要弄个一清二楚,所以当他知道亚里士多德的观点后就想,如果把一块大石头和一块小石头捆在一起下落,大石头会被小石头拖着而减慢速度,那整个下落应该比单独大石头下落的慢。但两块石头捆在一起,总的重量却比单独的大石头还重,理应下落得更快,怎么能说越重的就是越快呢?厉害的伽利略就这样,仅通过推理就把亚里士多德立足近2000年的真理给推翻了,那么亚里士多德为什么错了呢?就好像将手中落下的石块,掉到地上的苹果,这些我们平时再熟悉不过的现象叫落体运动,当一个物体下落时,会有两个力,一个是向下重力,一个是向上的阻力。



阻力当然不是重力的对手,但是阻力总想要和重力作对。阻力喜欢那些表面积大的东西,表面积越大,阻力的力量就越强,比如两张一样纸,其中一张揉成团,一张完全展开,在同一高度下落,完全展开的纸其表面积比揉成团的纸大,阻力的作用也就更大,所以完全展开的纸下落的速度就比较慢。因此并不是越重的物体下落得越快,而是自身阻力越小的物体下落得越快,这就是亚里士多德错的原因。


伽利略虽然推翻了亚里士多德的理论,但是它并没有满足,作为一个刨根问底的人,他更想知道在没有阻力的情况下,不同物体的下落速度又是什么样的呢?他甚至用一个违背常理的猜想,在没有阻力的情况下,轻的物体和重的物体会同时落地。



为了求证这个不可思议的想法,有人说他在比萨斜塔上当着众人的面,同时放下一大一小两个铁球,结果两个铁球同时落地,从而证明了自己的猜测,但实际上这仅仅是个传闻。尽管如此,比萨斜塔还是成为了名胜古迹,来自世界各地的人都要前往参观,人们把这座古塔看成了伽利略的纪念碑,真实的故事则是伽利略开始了更为严谨和深入的探究。


伽利略每天都认真观察不同物体的落体运动,可是重力实在是太强大了,强大到物体落体的速度非常快,当时还没有计时器,只能靠水滴计时。落体下落的速度远远快于水滴计时的速度,所以对于一瞬间的事,计时就是天方夜谭,这让伽利略的研究陷入了困境。



伽利略开始苦思冥想,正当大家都以为伽利略已经搞不出什么名堂时,他却奇怪的搬出来一个打磨的非常光滑的长长的斜面,他要干什么呢?原来伽利略想到了一个巧妙的方法,来减慢物体下落的速度。他让铜球在这个长长的斜面上滚下,这样滚下来的时间就会延长,也就更容易计时了。然后他一遍一遍用不同的铜球在斜面上滚下,测量它们滚下的时间,大概做了上百次实验,伽利略把计算结果拿出来一看,激动极了,因为实验结果非常的明显,不同的小球下落的快慢相同。但这是斜面运动,不是落体运动,这样的结果靠谱吗?



高明的伽利略早就已经想好了,如果斜面足够的陡峭,直到90°角,斜面就变成了垂直的立面了,而且斜面那么光滑,一点阻力也没有,在上面滑动的小球,也就变成了无阻力的落体运动。于是伽利略真的成功了,他彻底否定了亚里士多德的理论,用他的实验证明了传统思辨法是多么的不可靠。


后来伽利略又不断在物理学、天文学、数学等领域做出了重大贡献。但是在被神学思想禁锢的时代,科学有时候会威胁到当权者的利益,所以这位本该受人尊敬的科学家,因为一些言论触怒了罗马教廷,被宗教裁判所诬陷,并处以八年软禁,年迈时饱受煎熬。直到1979年,罗马教廷才为伽利略平冤昭雪,承认346年前对他的审判是错误的,并为他恢复名誉。


再后来大约是伽利略去世后的320多年,阿波罗15号飞船的宇航员斯科特登上了月球,月球上没有空气,就相当于没有阻力,还同时将一把锤子和一根羽毛带上月球,在没有空气的月球上做了一个有趣的实验。他一手拿着锤子,一手拿着羽毛,双手举到同一高度,然后松开手,让锤子和羽毛同时下落,结果确实是轻柔的羽毛和沉重的铁锤同时落到月球地面上,这也再次验证了伽利略的实验结果。


这就是伽利略的科学故事,他用实验的方法来研究科学,这种严密的科学研究方法与逻辑体系开启了近代科学的大门,伽利略也因此被尊为现代科学之父。

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