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伽利略比薩斜塔實驗解釋的原理
伽利略比薩斜塔實驗解釋的原理
更新时间:2025-04-02 19:05:44

伽利略比薩斜塔實驗解釋的原理(帶你認識伽利略的落體實驗)1

來源:宇宙解碼

在同一高度讓兩塊重量不同的石頭同時落下,你猜哪一個先着地呢?也許你已經知道答案了,但是曆史上第一個破解它的人,比你早出生了五個世紀,他還發明了早期的鐘擺、溫度計,望遠鏡等等,他就是現代科學之父略伽利略。他到底是如何做到的呢?

其實第一個關注物體下落快慢的人并不是伽利略,而是古希臘偉大的哲學家亞裡士多德,亞裡士多德是這麼說的,重量決定了物體下落的快慢,越重的也就越快,比如同一高度下,大石頭就會比小石頭落的更快。當時的人們都覺得說的太對了,所以這句話就成為了真理,直到伽利略的出現。

伽利略比薩斜塔實驗解釋的原理(帶你認識伽利略的落體實驗)2

年輕的伽利略學習努力,還喜歡提問題,哪怕是人們司空見慣的現象,他也要弄個一清二楚,所以當他知道亞裡士多德的觀點後就想,如果把一塊大石頭和一塊小石頭捆在一起下落,大石頭會被小石頭拖着而減慢速度,那整個下落應該比單獨大石頭下落的慢。但兩塊石頭捆在一起,總的重量卻比單獨的大石頭還重,理應下落得更快,怎麼能說越重的就是越快呢?厲害的伽利略就這樣,僅通過推理就把亞裡士多德立足近2000年的真理給推翻了,那麼亞裡士多德為什麼錯了呢?就好像将手中落下的石塊,掉到地上的蘋果,這些我們平時再熟悉不過的現象叫落體運動,當一個物體下落時,會有兩個力,一個是向下重力,一個是向上的阻力。

伽利略比薩斜塔實驗解釋的原理(帶你認識伽利略的落體實驗)3

阻力當然不是重力的對手,但是阻力總想要和重力作對。阻力喜歡那些表面積大的東西,表面積越大,阻力的力量就越強,比如兩張一樣紙,其中一張揉成團,一張完全展開,在同一高度下落,完全展開的紙其表面積比揉成團的紙大,阻力的作用也就更大,所以完全展開的紙下落的速度就比較慢。因此并不是越重的物體下落得越快,而是自身阻力越小的物體下落得越快,這就是亞裡士多德錯的原因。

伽利略雖然推翻了亞裡士多德的理論,但是它并沒有滿足,作為一個刨根問底的人,他更想知道在沒有阻力的情況下,不同物體的下落速度又是什麼樣的呢?他甚至用一個違背常理的猜想,在沒有阻力的情況下,輕的物體和重的物體會同時落地。

伽利略比薩斜塔實驗解釋的原理(帶你認識伽利略的落體實驗)4

為了求證這個不可思議的想法,有人說他在比薩斜塔上當着衆人的面,同時放下一大一小兩個鐵球,結果兩個鐵球同時落地,從而證明了自己的猜測,但實際上這僅僅是個傳聞。盡管如此,比薩斜塔還是成為了名勝古迹,來自世界各地的人都要前往參觀,人們把這座古塔看成了伽利略的紀念碑,真實的故事則是伽利略開始了更為嚴謹和深入的探究。

伽利略每天都認真觀察不同物體的落體運動,可是重力實在是太強大了,強大到物體落體的速度非常快,當時還沒有計時器,隻能靠水滴計時。落體下落的速度遠遠快于水滴計時的速度,所以對于一瞬間的事,計時就是天方夜譚,這讓伽利略的研究陷入了困境。

伽利略比薩斜塔實驗解釋的原理(帶你認識伽利略的落體實驗)5

伽利略開始苦思冥想,正當大家都以為伽利略已經搞不出什麼名堂時,他卻奇怪的搬出來一個打磨的非常光滑的長長的斜面,他要幹什麼呢?原來伽利略想到了一個巧妙的方法,來減慢物體下落的速度。他讓銅球在這個長長的斜面上滾下,這樣滾下來的時間就會延長,也就更容易計時了。然後他一遍一遍用不同的銅球在斜面上滾下,測量它們滾下的時間,大概做了上百次實驗,伽利略把計算結果拿出來一看,激動極了,因為實驗結果非常的明顯,不同的小球下落的快慢相同。但這是斜面運動,不是落體運動,這樣的結果靠譜嗎?

伽利略比薩斜塔實驗解釋的原理(帶你認識伽利略的落體實驗)6

高明的伽利略早就已經想好了,如果斜面足夠的陡峭,直到90°角,斜面就變成了垂直的立面了,而且斜面那麼光滑,一點阻力也沒有,在上面滑動的小球,也就變成了無阻力的落體運動。于是伽利略真的成功了,他徹底否定了亞裡士多德的理論,用他的實驗證明了傳統思辨法是多麼的不可靠。

後來伽利略又不斷在物理學、天文學、數學等領域做出了重大貢獻。但是在被神學思想禁锢的時代,科學有時候會威脅到當權者的利益,所以這位本該受人尊敬的科學家,因為一些言論觸怒了羅馬教廷,被宗教裁判所誣陷,并處以八年軟禁,年邁時飽受煎熬。直到1979年,羅馬教廷才為伽利略平冤昭雪,承認346年前對他的審判是錯誤的,并為他恢複名譽。

再後來大約是伽利略去世後的320多年,阿波羅15号飛船的宇航員斯科特登上了月球,月球上沒有空氣,就相當于沒有阻力,還同時将一把錘子和一根羽毛帶上月球,在沒有空氣的月球上做了一個有趣的實驗。他一手拿着錘子,一手拿着羽毛,雙手舉到同一高度,然後松開手,讓錘子和羽毛同時下落,結果确實是輕柔的羽毛和沉重的鐵錘同時落到月球地面上,這也再次驗證了伽利略的實驗結果。

這就是伽利略的科學故事,他用實驗的方法來研究科學,這種嚴密的科學研究方法與邏輯體系開啟了近代科學的大門,伽利略也因此被尊為現代科學之父。

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