伽利略与*落体的实验

重物落地是人类观察到的最早的自然现象之一。几千年来，根据人们的日常经验，人们相信重的物体下落得快，轻的物体下落得慢。古希腊学者亚里士多德甚至将此提升为“理论”:重物落地快，而轻物体落地慢。

真正对*落体运动进行科学研究的是意大利物理学家伽利略(1564-1642)。在比萨大学教学期间，他多次质疑亚里士多德的观点。他巧妙地设计了一个“悖论”:如果亚里士多德的结论认为一个重的物体比一个轻的物体下落得快，那么两个物体，一个轻的和一个重的，会一起下落，“快的会因为被慢的拖着而减速，慢的会因为被快的拖着而加速。”因此，它会以比原来的重物更小的速度下落，但是当两个物体绑在一起时，会比原来的重物更重。通过这种方式，伽利略从亚里士多德的重物体比轻物体下落更快的结论中推导出重物体下落更慢的结论。这表明“亚里士多德错了”。伽利略认为，只有假设重力加速度与物体重量无关，这个矛盾才能消除。

伽利略对亚里士多德的挑战激怒了许多学者和教授，从而产生了一个广为流传的斜塔实验的故事。

比萨斜塔有179英尺高。由于塔基问题，塔体倾斜，是理想的落体实验场所。伽利略为了证明自己的判断，邀请了许多人在斜塔旁边观看，包括他的支持者和反对者。伽利略一只手拿着1磅重的铅球，另一只手拿着10磅重的铅球，一步一步爬上了斜塔。当他到达塔顶时，他做了一个吸引观众注意力的手势。然后他把两个铅球水平举起，让它们同时落下，最后"啪！"同时，两次重量差为9倍的铅球落地。伽利略赢了。

这个实验是否由伽利略操作，不能从当时的各种文件中得到证实(包括伽利略自己的作品)。然而，重要的是斜塔实验反映了当时研究者对*落体实验的深刻理解:①*落体速度极快。为了反映由重物体和轻物体的不同下落速度引起的不同下落距离，必须有一定的高度来形成这种差异。这就是为什么*落体实验要在该地区50米高的最高建筑上进行。(2)意大利各地都有许多高塔，但为什么会有“斜塔实验”流传下来？这可能是数百次失败的必然结果。因为伽利略当时很有名，崇拜者把斜塔实验归功于他。然而，接下来的“倾斜实验”实际上是由伽利略自己设计和操作的。

在当时的技术条件下，很难观察到*落体在垂直方向上的下落，因为即使一个物体落到离地面50米以上的地方，也只需要3秒钟以上就能到达地面。为了仔细观察物体在重力作用下的运动特性，伽利略设计了一个可以“放大”运动时间的斜面实验。他在一块厚木板上刻了一个凹槽，并非常光滑地把它磨光了。再拿一个坚硬、光滑、圆形的铜球，在凹槽中滚动。抬起凹槽的一端，使凹槽倾斜，使铜球在倾斜的表面上滚动。在实验开始时，将铜球放在罐的顶部，并沿着罐向下滚动，记录整个滑动时间。重复几次，“为了使测量时间精确到两次测量结果之间的差值不超过十分之一脉冲。在这样的操作证实了我们的观察是可靠的之后，我们将滚珠滚动距离改变为凹槽长度的1/4，并测量滚动时间。我们发现它正好是前者的一半。接下来，我们将使用其他距离来测试并比较全长所用的时间与二分之一、三分之二、四分之三或任何其他分数所用的时间。我们已经重复了100次这样的实验，结果总是与时间的平方成正比，并且在不同的斜率下进行的实验结果也是一样的……”伽利略在《两种新科学的对话》中的陈述揭示了这样一条基本规律，即以均匀加速度传递的距离与时间的平方成正比。

根据斜面实验，伽利略还提出了惯性的概念。根据亚里士多德的物理学，保持物体匀速运动的是力的永久运动。然而，伽利略关于球在水平面上运动的实验推测，如果没有摩擦力和其他阻力，球将保持匀速运动。这奠定了近代物质惯性的基础。不幸的是，伽利略没有把匀速运动定义为直线运动，因此他没有最终完成惯性的现代定义。