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伽利略落体实验，证实不同重量球体自由落下，它们同时着地的实验。之前人们接受亚里士多德的物体下落速度与物体重量成正比的观点。据《伽利略传》记载，1589年伽利略在
比萨斜塔
当着其他教授和学生面做了这个实验，推翻了
亚里士多德
的观点。
- 中文名
- 伽利略落体实验
- 人 物
- 伽利略
- 记 载
- 伽利略传
- 地 点
- 比萨斜塔
- 重要意义
- 推翻亚里士多德的观点
- 实验时间
- 1589年
内容梗概
摘要：本文从
万有引力
起源于
电场力
的理论角度分析得出，由于物体之间存在结构上的疏密程度差异，必然影响到物体内部裸核粒子的带电能力，进而得出两个质量相同的物体因为结构疏密程度上的差异会使物体的两性电量和产生差异，在相同的
引力场
中将会产生不同的
引力加速度
，说明了物体之间的万有引力作用并不都是严格地遵循
万有引力定律
，因此伽利略
自由落体实验
需要重新进行设计和测定。
1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的实验，得出了重量不同的两个铁球同时下落的结论，从此推翻了亚里士多德“物体下落速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了1900多年之久的错误结论。关于
自由落体实验
，伽利略做了大量的实验，他站在斜塔上面让不同材料构成的物体从塔顶上落下来，并测定下落时间有多少差别。结果发现，各种物体都是同时落地，而不分先后。也就是说，下落运动与物体的具体特征并无关系。无论木
制球
或铁制球，如果同时从塔上开始下落，它们将同时到达地面。伽利略通过反复的实验，认为如果不计
空气阻力
，轻重物体的自由下落速度是相同的，即
重力加速度
的大小都是相同的。
我们若从牛顿的
万有引力定律
分析
自由落体
的运动规律，任意两个物体之间都遵循着万有引力定律，轻重不同的两个物体在地球的引力场中做自由落体运动都将获得相同的
加速度
，所以实验得出大小两球同时落地的结果是符合万有引力定律的。就是说伽利略的实验结论和从万有引力定律所做的
理论分析
是完全一致的，从这一点来说，伽利略的实验是正确的。但是，万有引力定律完全成立是需要一定的条件的，必须假定任意两个中性物体之间的相互作用都是完全遵从万有引力定律的，任意两个物体场都与地球场作用的规律完全相同，而其实不然。
再来看一下地面上空的物体做自由落体运动的情况，这种情况地球对物体的万有引力大于物体在该位置环绕地球做匀速圆周运动所需要的向心力，因此物体将做自由落体运动。物体自由下落受到的合外力仍然为：
F合 = F万
从上面推导出来的物体重力加速度的公式中可以看出，在地面上空同一高度的两个物体，不管物体的质量、大小、结构、密度如何，它们获得的重力加速度都是完全相同的。
因为按照场之间的作用规律，物体之间的万有引力作用实际上是借助于物体之间的场产生作用。同样对于任意两个物体与地球之间的万有引力作用，也是借助于场产生作用。只有任意两个物体自身所带的场与地球场之间产生的万有引力作用都具有完全相同的规律时，
万有引力定律
才是严格成立的，产生的
重力加速度
才能够总是完全相同，两球才能够同时落地。但实际情况是，万有引力规律只是一种近似，任意两个物体场与地球场之间的作用规律一般来说并不完全严格的遵从万有引力定律，产生的重力加速度会存在一定差异，所以，严格来说，任意两个物体从同一高度做自由落体运动并不是同时落地
巧妙推理
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
亚里士多德
最早阐述了这种看法。亚里士多德的论断影响深远，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。 伽利略曾在著名的
比萨斜塔
做了著名的
自由落体试验
，让两个质量不同的球从塔顶同时下落，结果两球同时落地，以实践驳倒了亚里士多德的结论。
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？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平方成正比，即s=at^2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=1/2gt^2的呢？他的思路大致如下：先由
平均速度
得出s= Vt。他推断初速度为零、
末速度
为v的匀变速运动的平均速度 v=(v0+v末)/2，然后应用这个关系得出s= v末t/2。再应用g=(v末-v0)/t 从上式消去v末，就导出s= gt^2/2 ，即s=1/2gt^2。
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位移与时间的平方呈
正比
。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。
