一尊斜塔辨真假

如果将一块石头和一片羽毛在同一高度同时下放，那么到底哪一个先落地呢·也许有人会脱口而出：“当然是石头先落地。”也许有人会说：“同时落地。”那么究竟哪一种回答正确呢？

还是让我们先看看亚里士多德对这个问题的论述吧。亚里土多德说：“重的东西落地快，轻的东西落地慢。”这也就是说，他认为重物体先着地。在一个长长的时期内，对他提出的这个“落体定律”，谁也没有怀疑过。

到了十六世纪，在文艺复兴运动蓬勃兴起的意大利，年轻的伽俐略却在科学研究中对亚里士多德的论断产生了怀疑。伽俐略这样想：假定A、B两个物体，A重，落得快，B轻，下落慢。那么把两物组合在一起让它下落，会出现什么情况呢？一方面，（A+B）比A重，应该比A落得更快；另一方面，因为B落得慢，拴在一起对A的下落速度有一定的牵阻作用，所以，（A+B）又应比A落得慢。然而，这不是矛盾吗？正像河中的行船，大船快，小船慢，把两者拴在一起难道会比大船的速度更快吗？因此他认定，亚里士多德的理论是错误的。他认为，在不计空气阻力的情况下，物体自由下落的速度与其重量无关，即轻重不同的物体下落的速度是相同的。

伽利略揭示了亚里士多德的理论中的矛盾因素，说明了他的自由落体定律是错误的，不能成立的。但是，由于当时的意大利把亚里士多德的学说奉为金科玉律，伽利略的观点不但没有得到应有的重视，反而遭到了很多有名望的神学家、哲学家和物理学家的嘲讽和责难。伽利略坚信自己的看法是正确的，他决定通过实验来对自己的观点进行证实。

1590年的一天清晨，26岁的比萨大学数学家伽利略，在好奇者的惊讶目光里，在守旧者的嘲笑声中，登上了高大的比萨斜塔（图2-4）。他让两个铁球（一个重l磅，一个重100磅）同时从塔顶落下。根据亚里士多德的“落体定律”，一定是100磅的铁球先落地；但是，实验的结果却是两个铁球同时落地!

（图2-4）伽利略在比萨斜塔演示自由落体实验

这是怎么回事呢？

原来，在真空中，初速为零的落体叫自由落体。物体所以下落，是由于受到地心的吸引力。据实验，在地球表面附近，各种物体的加速度都约等于9.8米/秒2。物体不管形状如何，石头也好，鸡毛也好，在真空中从同一高度同时落下时，下落的速度总是相同的。为了演示这种现象，可用一根一端封闭、一端有管塞的1.5米长的玻璃管，里面放着石头、羽毛、纸片、铝币等。先将管中空气抽去，然后把它倒转过来，使各种物体降落，可以看到这些物体下落的速度是相同的。如果不抽出空气，则它们下落的速度就不同。由此可以说明，鸡毛等轻物体在空气中所以比石头等重物体下落得慢，是因为受到空气的阻力，而不是它们本身重量的大小。由于伽利略在比萨斜塔进行落体实验用的铁球，其本身的重量比空气的阻力大得多，可以近似看作自由落体运动，所以两个铁球几乎同时落地。

科学小链接

自由落体

自由落体的“落体”，顾名思义是指物体从高空下落，关键是“自由”二字，其含意为：其一，物体开始下落时是静止的，即初速度为0，如果给物体一个初速度竖直下落，不能算自由落体，其二，物体在下落过程中，除受重力作用外，不再受其他任何作用力（如空气阻力）。