|
分享到 Facebook 推至Plurk 推至twitter 比薩斜塔實驗（自由落體）
文/張國瑞
「比薩斜塔」是義大利最有名的古蹟，1372年完工，塔身傾斜向東南，原來的設計是筆直插向天空的，但在建造的過程中，由於地質不均勻和土層鬆軟而開始傾斜，但這個不完美卻好像使得此塔更具特色，成為最知名的世界遺產之一。
這樣歷史悠久的古蹟，自然也有更多的傳奇故事，就讓我挑一個我最有興趣的跟大家說一說。
傳說1590年，出生在比薩城的義大利物理學家伽利略，曾在「比薩斜塔」上做自由落體實驗，將兩個重量不同的球體從相同的高度同時扔下，結果兩個鉛球同時落地，由此發現了自由落體定律，推翻了此前亞里士多德認為的重的物體會先到達地面，落體的速度同它的質量成正比的觀點。
雖然這個故事的真實性頗具爭議，但自由落體定律卻早已是科學上的定論，而我們在平常的閒聊之中，還是會經常聽到對於某些現象的分析，會認為是輕的東西掉落速度較慢，重的東西掉的比較快，所以有人就以此來解釋為什麼你坐雲霄飛車會有刺激感或者恐懼感。
當然囉，生活中的經驗經常會把我們往錯誤的認知方向引導，輕飄飄的羽毛從手中拋出會慢慢的飄到地上，如果是一顆小石頭就會直直的往下掉，但你有沒有認真想過，找一顆跟羽毛同樣重量的小小石頭，兩手一起拋，雖然重量一樣，但鐵定還是石頭會先落地囉，可見掉落的速度不是由重量決定的。
另外還有一個重量相同卻速度不同的例子，今年國慶日有傘兵表演，傘兵從飛機上往下跳的時候是重力加速度的落下，如果不能把速度慢下來，那這些英勇的國軍就必然會有性命之憂，而他們減低掉落速度的方法並非把身上的東西拋掉減輕重量，而是把降落傘打開，靠空氣的阻力來減速，羽毛的掉落也是一樣，輕飄飄的不是因為它的重量，而是羽毛的形狀有降落傘的效果。
當年沒有能夠精確測量物體下落速度的設備，因此伽利略還利用一個想像的實驗來證明墜落的速度不是重量決定的，我把這個實驗用我覺得比較白話的方式來講一講：
如果一個九公斤的鐵球掉落的速度是固定的，那我們在這球上再牢牢的焊接上一個一公斤的鐵球，你猜這個新的怪東西掉落的速度會加快還是變慢呢？
答案一：因為一公斤的鐵球比九公斤的掉得慢，所以九公斤的鐵球會被一公斤的那個拖慢速度，那也就是說這個怪東西會比原來九公斤的鐵球掉得慢。
答案二：因為九公斤加上一公斤等於十公斤，十公斤比九公斤要重，因此十公斤的會比原來九公斤的鐵球掉得快。
這樣很明顯了吧，越重的東西掉落速度越快的理論會導致上面這兩個答案運算方法正確但答案互相矛盾的結果，顯然越重掉越快的理論是錯誤的。
結論
無論輕重，自由掉落的狀況下，物體掉落的速度不受重量的影響，掉落的速度都相同。
能夠影響物體掉落速度的是形狀，想辦法造成類似降落傘的效果才能減低掉落的速度。
|
