物理问题：伽利略的两个小球的那个实验是怎么回事？ 速答！

Question

如题所述

Answer 1

比萨斜塔比萨斜塔实验不是伽利略做的
　　几乎所有的人都认为，历史上著名的两个球同时落地的重力实验是伽利略在意大利的比萨斜塔上做的。现在，绝大多数国家正式发行的课本上也是这么说的。但美国语言与信息研究中心的执行主任、美国加州斯坦福大学数学系的客座教授凯斯�6�1达维林却提出一个惊人的理论：伽利略根本就没有做过那样的重力实验！
　　为防误导，伽利略不做试验
　　根据课本上的说法，著名的意大利科学家伽利略作了一个著名的重力实验：他从比萨斜塔上同时抛下了两个同样大小的球，其中一个球是重金属球，另外一个则是木制球。实验的目的是证明两个球在地球重力作用下同时着地，从而推翻了亚力士多德的理论。
　　时至今日，各国的教师们仍然在向他们的学生讲述着伽利略在比萨斜塔上做了著名的重力实验的情景，但达维林却指出，这个实验根本就不是伽利略做的，而是他的一个学生做的。没有任何证据可以证明伽利略曾经从斜塔上同时抛下了两个球，伽利略是个非常谨慎的人，他不会在公众面前做这样的科学演示，因为结果极有可能会误导缺乏科学常识的群众。
　　达维林指出，伽利略非常清楚地知道，任何物体在没有空气阻力的情况下都会以同样的速度从高处下落。同时，他也非常清楚地知道，如果体积相同但重量不同的两个球同时从高处下落，由于在下落过程中受到空气阻力的影响，重量大的物体总是会比重量小的物体先接触地面。
　　伽利略临去世之前，他的一个学生在比萨斜塔上做了这个著名的重力实验。但是，实验的结果却最终证明，两个物体的下降速度的确有微小的差别，重量大的物体比重量小的物体落地时间要稍微早一些。得知这一实验结果后，亚里斯多德学派的学者奔走相告，庆祝他们的胜利。事实上，这是空气阻力作用的结果，伽利略心里清楚这一点，这也是他不公开做实验的原因，因为他无法消除空气阻力，而他的学生所做的实验竟然证明了希腊的亚里斯多德是“正确”的，这无疑有些讽刺意味。
　　伽利略还有更惊人的结论
　　伽利略于1564年生于意大利城市比萨，1642年死于佛罗伦萨郊外，世人一直将其视为世界上第一位现代科学家。在他进行的重力研究领域，伽利略作了大量实验，通过这些实验他测量了物体从不同高度下落所需要的不同时间，他观察到，时间越长，物体下落的距离就越大。
　　伽利略还在经过详细精确的观察后得出这样一个结论，重量小的物体在开始下降时比重量大的物体下降速度快，这一说法引起了后来一些学者的迷惑，他们纷纷对伽利略的学说产生了质疑，像伽利略这样一个伟大的科学家怎么会犯如此愚蠢的错误呢？
　　但事实上伽利略是对的。在20世纪80年代早期，一些科学家再一次进行了那个著名落球重力实验，这次，他们第一次使用了现代化的高速电影摄影机，而不再仅仅局限于肉眼的观察。摄影机将物体的下降过程用慢镜头一帧一帧地播放出来，结果证明，伽利略的理论是完全正确的。在一开始，重量小的物体的确比重量大的物体下降速度快，但是后来由于空气阻力的影响，后者的下降速度才赶上了前者。
　　科学家仔细研究了前面的几帧照片后发现造成这种现象的原因是怎么回事。原来，负责释放球的人的双手的肌肉疲劳程度在某种程度上也影响着物体的下降速度。当听到放开物体的信号后，拿着重物的手由于肌肉疲劳，放开重物所需的时间就相对多一些，而拿着比较轻的物体的手则不同，因此放开物体所用的时间也就相对来说少一点。
　　达维林教授最后指出，作为一个对科学有着高度负责精神的科学家，伽利略认真记录下了这一现象，虽然这与他所提出的如果没有空气阻力两个物体将同时落地的理论背道而驰，但是他仍然将这一记录保留了下来，以供后人参考。伽利略这种对科学负责的精神，值得所有的人学习与赞扬。

Answer 2

最著名的是比萨斜塔实验巧妙的推理 古代的学者们认为，物体下落的快慢是由它们的重量大小决定的，物体越重，下落得越快。生活在公元前4世纪的希腊哲学家亚里士多得最早阐述了这种看法。亚里士多得的论断影响深远，在其后两千多年的时间里，人们一直信奉他的学说。 但是这种从表面上的观察得出的结论实际上是错误的。伟大的物理学家伽利略用简单明了的科学推理，巧妙地揭示了亚里士多德的理论内部包含的矛盾。他在1638年写的《两种新科学的对话》一书中指出：根据亚里士多德的论断，一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大。假定大石头的下落速度为8，小石头的下落速度为4，当我们把两块石头拴在一起时，下落快的会被下落慢的拖着而减慢，下落慢的会被下落快的拖着而加快，结果整个系统的下落速度应该小于8。但是两块石头拴在一起，加起来比大石头还要重，因此重物体比轻物体的下落速度要小。这样，就从重物体比轻物体下落得快的假设，推出了重物体比轻物体下落得慢的结论。亚里士多德的理论陷入了自相矛盾的境地。伽利略由此推断重物体不会比轻物体下落得快。提出假说 伽利略认为，自由落体是一种最简单的变速运动。他设想，最简单的变速运动的速度应该是均匀变化的。但是，速度的变化怎样才算均匀呢？他考虑了两种可能：一种是速度的变化对时间来说是均匀的，即经过相等的时间，速度的变化相等；另一种是速度的变化对位移来说是均匀的，即经过相等的位移，速度的变化相等。伽利略假设第一种方式最简单，并把这种运动叫做匀变速运动。数学推理 在伽利略的时代，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方成正比，即s∝t�0�5，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∝t�0�5的呢？他的思路大致如下：先由平均速度 得出s= t。他推断初速度为零、末速度为v的匀变速运动的平均速度 ，然后应用这个关系得出s= 。再应用a= 从上式消去v，就导出s＝ at2 ，即s∝t�0�5 。实验验证 自由落体下落的时间太短，当时用实验直接验证自由落体是匀加速运动仍有困难，伽利略采用了间接验证的方法，他让一个铜球从阻力很小的斜面上滚下，做了上百次的实验，小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落时的加速度小得多，所以时间容易测量些。实验结果表明，光滑斜面的倾角保持不变， 从不同位置让小球滚下 小球通过的位移跟所用时间的平方之比是不变的即 ……由此证明了小球沿光滑斜面向下的运动是匀变速直线运动，换用不同质量的小球重复上述实验，位移跟所用时间的平方的比值仍不变，这说明不同质量的小球沿同一倾角的斜面所做的匀变速直线运动的情况是相同的。不断增加大斜面的倾角，重复上述实验，得出 的值随斜面倾角的增加而增大，这说明小球做匀变速运动的加速度随斜面倾角的增大而变大。合理外推 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。有可能的话，你不妨重复一下伽利略做过的斜面实验。这里的关键是准确测量时间，你有什么好方法吗？今天，距离伽利略的时代已有三百多年了，伽利略无法直接用实验来证实的结论，我们已经可以直接用实验来证实了。

Answer 3

拿一个10磅重的铁球和一个1磅重的铁球，在一个塔上把这两个小球同时垂直扔下去，结果它们同时落地。这说明了物体垂直下落的速度与物体本身的重量无关。