解密:亞里士多德是怎麼認知自由落體運動的?
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古代的學者們認為,物體下落的快慢是由它們的重量大小決定的,物體越重,下落得越快。生活在公元前4世紀的希臘哲學家亞里士多德最早闡述了這種看法。亞里士多得的論斷影響深遠,在其後兩千多年的時間裏,人們一直信奉他的學説。
但是這種從表面上的觀察得出的結論實際上是錯誤的。偉大的物理學家伽利略用簡單明瞭的科學推理,巧妙地揭示了亞里士多德的理論內部包含的矛盾。他在1638年寫的《兩種新科學的對話》一書中指出:根據亞里士多德的論斷,一塊大石頭的下落速度要比一塊小石頭的下落速度大。假定大石頭的下落速度為8,小石頭的下落速度為4,當我們把兩塊石頭拴在一起時,下落快的會被下落慢的拖着而減慢,下落慢的會被下落快的拖着而加快,結果整個系統的下落速度應該小於8。
但是兩塊石頭拴在一起,加起來比大石頭還要重,因此重物體比輕物體的下落速度要小。這樣,就從重物體比輕物體下落得快的假設,推出了重物體比輕物體下落得慢的結論。亞里士多德的理論陷入了自相矛盾的境地。伽利略由此推斷重物體不會比輕物體下落得快。 伽利略曾在著名的比薩斜塔做了著名的自由落體試驗,讓兩個體積相同,質量不同的球從塔頂同時下落,結果兩球同時落地,以實踐駁倒了亞里士多德的結論。
提出假説,伽利略認為,自由落體是一種最簡單的變速運動。他設想,最簡單的變速運動的速度應該是均勻變化的。但是,速度的變化怎樣才算均勻呢?他考慮了兩種可能:一種是速度的變化對時間來説是均勻的,即經過相等的時間,速度的變化相等;另一種是速度的變化對位移來説是均勻的,即經過相等的位移,速度的變化相等。伽利略假設第一種方式最簡單,並把這種運動叫做勻變速運動。
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