△自由落体运动 

许多人都知道一个传说:伽利略在著名的比萨斜塔做过自由落体实验。他让不同重量的球,从塔上同时下落,发现它们同时落地。于是得到物体的加速度与重量无关的结论,即自由落体定律。此定律是爱因斯坦广义相对论的重要实验基础,它在历史上也越来越重要,因此传说也越来越广泛。但是通过考证,没有任何可靠的证据表明伽利略在比萨斜塔做过自由落体实验。认真想想,由于存在空气阻力,即使伽利略真的去做这个实验,这些大小相同、质量不同的小球也不可能同时落地。然而伽利略得到了正确的结论,这又是怎么回事呢?

亚里士多德学说认为:物体坠落的快慢与其重量成正比,因此重物体比轻物体下落得快。在伽利略之前,已有人对亚里士多德的观点提出质疑,觉得实验似乎不能证明重物体比轻物体落得快,至少不能说,重量大一倍的物体下落也快一倍。伽利略有一个直观的猜测:真空中的物体运动应该最简单。他用极限的观点来推想这一运动。他设想把大小相同的金球、铅球和木球放在水银里,根据浮力定律,只有金球下落;把它们放在水面上,则金球和铅球下落,但金球落得快一些;他它们放在空气中,它们都下落,金球和铅球的速度差不多,木球慢一些。伽利略说:“鉴于此,我认为,如果完全排除空气阻力,所有的物体将下落得一样快。”

伽利略进一步用理想实验来反驳亚里士多德。他指出,如果把一个重物体和一个轻物体捆在一起,从高处坠下,那将是什么情形呢?这两个物体加在一起的重量肯定比任何一块都重,按亚里士多德的观点,捆在一起的物体比它们单独下落时快。但从亚里士多德观点的另一角度看,重物体比轻物体落的快,这两块捆在一起就要互相影响,重的重物体被拖慢,轻的轻物体被拖快。因此捆在一起的物体比单独下落的轻物体快,比重物体慢。于是,同样是亚里士多德的观点,得到两个相互矛盾的结论。要克服此矛盾,只有否认亚里士多德的观点,认为所有的物体落得一样快。伽利略又做了小球沿斜面滚动实验。他发现小球滚动的加速度与小球的重量无关,只与斜面的倾斜度有关。伽利略再次发挥理想实验的威力。他认为,把斜面完全立起来,小球的下滚运动不就变成自由落体运动了么,因此自由落体运动的加速度也应与重量无关。由此可看出,理想实验对物理学的重要作用。