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作者: jfsu (水精灵) 看板: Gossiping
标题: Re: [问卦] 10KG铅球和10KG棉花哪个先落地
时间: Thu Mar 29 22:38:27 2018
※ 引述《yoyodiy (废文心得文大师)》之铭言：
: 本人文组老鲁 科普很弱
: 想问一下一个物理常识 如果在101顶端 把一个10KG的铅球 和用打包机压缩过
: 成为一个立方体的棉花同时丢下来
: 在一个标准大气压力 25度C 湿度50% 无风的状况下
: 哪一个会先落地? 又两者落地时间差距有多少?
我想，已经有乡民解答了原po的题问，在此，我决定绕过这个问题，来聊聊伽利略。
每每这种自由落体实验，总是提到他。
伽利略（Galileo Galilei）意大利物理学家、天文学家，为近代实验科学的奠基者。
16世纪的欧洲社会仍是笼罩在以教宗为首的罗马天主教势力之下，人们的一举一动，
全都受到教会的影响。在思想上，亚里士多德(Aristotle)的哲学观如同Violet
Evergarden，被誉为人类圣经、业界之鉴、创世京紫、本季霸权，任何的言论与学说
都必须与他一致。
在科学上，亚里士多德认为地球是宇宙的中心，太阳、月球与其他行星则是绕着地球
旋转。这样一个宇宙观十分受到宗教人士的欢迎，因为上帝依祂的形象创造了人，
而作为人类栖息之所的地球，最理想的位置就是在宇宙的中心，没有之一。
所以当哥白尼打着垃圾不分蓝绿(X)日心说(O)的旗帜，对抗教会，立刻遭到名嘴
喷得满脸口水。此时，伽利略立马挺身而出，加入这场科学与宗教的神学之战。
1564年2月15日伽利略生于意大利的比萨市。他的父亲在音乐上的造诣很高，更是
一位数学家。受到父亲的影响，伽利略后来也成为颇有名气的音乐家。但是父亲认为，
即使拥有这两种学问，日后作为职业的话，在意大利是无法存得人生的第一桶金。
17岁时，伽利略进入比萨大学就读，被迫学习医学。
由于对医学毫无兴趣，伽利略利用闲暇时间选修数学。没多久，他遇上改变自己一生
的大成就明师—数学大师里奇(Ostillo Ricci)。在上了几次里奇所开设的数学课程
之后，伽利略逐渐对这门富于逻辑性的学问着迷。里奇也注意到这位在课堂上认真
听讲、爱问问题的学生，认为他将会是个数学界的明日之星，便开始指导他阅读
阿基米德和欧几里德等人的数学著作，这为日后的科学研究打下深厚的基础。
先前提过，亚里斯多德的学说与教会的神学结合在一起，他的理论如同皇后的贞操，
是不容怀疑的。但伽利略却抱持着怀疑的态度，指出亚里斯多德并未亲自作过任何
实验，只靠着逻辑推导而得出结论，这样有失偏剖，加上他是生活在距今2千多年
以前，很多事物到了现在都发生变化，最好他说的都是对的～
也因此，伽利略经常在学校与其他人争论，也因此，称号：“好辩者” get！
虽然常争得面红耳赤，但他不会随便就给对方来个“左手谢谢、右手指教”，相反的，
他以理服人，更是个温、良、恭、俭、让的学生，在同侪之中十分受欢迎。
作为虔诚的天主教徒，伽利略每周日都会来到比萨教堂作礼拜。一日，坐在教堂内的
伽利略听着台上的讲道，冗长的过程让他眼神开始游移，目光落在教堂天花板上、
一盏来回摆动的吊灯上。
“是风从敞开的窗户吹了进来。”他凝视著吊灯，心中不禁想着：“风大时，吊灯
来回摆动的弧度比较大，有时弧度比较小，尽管摆幅不同，每次摆动所花的时间
好像都一样？”
由于伽利略手边并没有任何工具可以计算摆动所需要的时间，他便以自己的脉博
来测数。他发现不因风吹得大或小而导致摆幅改变，每次摆动的时间都是一样。
回家后，他用家里的吊灯来进行实验。他在吊灯上以不同长度的线来悬挂重物，再以
自己的脉博来测量摆动所需要的时间。伽利略因此发明了钟摆，也确定了自己最初的
想法是正确的。这就是“钟摆的等时性”。
伽利略更进一步改变摆线的长度或是悬挂上重量、形状甚至是材质不同的物体，
来进行实验。最后他得到一个结论：“摆动所需的时间与摆垂的重量无关，而是与
摆绳长度的平方根成正比。”
在当时，他无法解释这个物理学上一个重大的发现，因为必须等到下个世纪，科学家
对于物体的作用力与重力有更多的研究之后才能找出这个问题的答案。
1585年，大学肄业的他回到家乡当起家庭教师，教起科学。闲暇之余，他把一切时间
都用于数学与研读阿基米德的杠杆和浮力理论，开始自学和实验。隔年，他发表了
一篇关于“流体静力平衡”的论文，并根据其原理，制作出一种测量金属比重的
仪器—“水秤”；之后，他又写了一篇以数学计算为主的文章《物体的重心》。
1589年，伽利略在马奎斯侯爵(Marquis Guidobaldo del Monte) 的推荐下，担任
比萨大学数学系教授。热衷于研究物体运动的他写了一本书，批评亚里斯多德的
自由落体定律。亚里斯多德认为物体自高处自由落下时，会因不同的重量产生不同
的速度，但伽利略却嗤之以鼻，认为物体都是以相同的速度落下，与重量无关。
他的质疑立刻引发了与同事之间的争论，为了让这些人闭嘴，他决定进行公开实验。
[实况] 【不宅】比萨斜塔 丢丢乐 欢迎一起玩！
这天，伽利略带了两位学生与两颗重量不同的铁球前往比萨斜塔。此时，在斜塔的
广场上早已挤满好奇的学生和教授。
“长久以来，亚里斯多德的理论告诉我们，两个不同重量的物体自高处同时落下，
其中较重的物体会比轻的较先落地。”伽利略清了清喉咙说：“在我左手中的是重量
1磅的铁球，右手中的是重量10磅的铁球。现在我要让各位看看，到底是谁说的对！”
语毕，伽利略双手一放，两颗铁球便从斜塔上垂直落下，几乎同时抵达地面。
毫无疑问，亚里斯多德过誉了。
即使那些保守而固执教授与学生脸都被打肿了，却不愿承认眼前这个事实。948794狂，
他们仍旧相信亚里斯多德的理论是不会错误的，不然以后怎么教小孩
其实，早在伽利略之前，荷兰的工程师史帝文(Simon Stevin)就以铅球做过相同的
实验。实际上，能够改变物体落下速度的外力，就只有空气阻力而已。在伽利略逝世
的50年后，化学家波以耳(Robert Boyle)将一颗铅球与一根羽毛放进管子内，并抽成
真空，然后从同一高度自由释放。在去除空气阻力的影响之下，铅球与羽毛果然是
同时落下。
1592年，伽利略受聘担任帕多瓦大学数学教授。由于此地的领导者是一群思想前卫
的贵族，鼓励自由的研究和新思想，在之后的18年里，是伽利略科学研究的黄金时期。
虽然伽利略的自由落体的实验非常成功，但他仍无法解释落下时的速度变化，根本的
原因在于缺乏准确的计时器。聪明的他想到了解决办法，就是让球沿着一块斜面滚落。
由于球沿着斜面滚下所花的时间比起自由落体长，这样一来，就能容易测量出速度变化。
经过实验之后，伽利略发现沿着斜面或垂直落下的物体，影响球速的不是重量，
而是落下的距离。也就是说，只要距离相同，最终一定会在相同的时间内抵达。
此外，伽利略为军队设计机械计算装置，对弹道学产生了浓厚的兴趣。他发现要是
砲口以仰角45度发射，砲弹的射程最远。伽利略也根据浮力原理，制作了温度计
（目前大家所使用的的水银温度计是他的学生托里切利（Evangelista Torricelli）
所发明。）
由于研究这些有关军事、机械、力学等工程上的问题所获得的成果，这时的伽利略
已经成为欧洲相当有名的科学家。
1594年，伽利略患病在家休养期间，翻阅了哥白尼的《天体运行论》，垂死病中惊坐起，
开始对日心说产生兴趣。不久之后，收到克卜勒寄来的《宇宙的神秘》一书，书中公开
支持哥白尼的宇宙观：地球与其他行星，都是绕着太阳转动。伽利略被这样的观点所
震撼，希望自己有一天能亲自证明哥白尼的论点。
1609年，荷兰一位镜片制造商汉斯(Hans Lipperhey)发明了一种能将远处的女体(X)
景物(O)，看得非常清楚的仪器：望远镜。得到消息的伽利略没多久做出了比汉斯放大
倍数更高的望远镜，并开始用它来观测的星空。他看到月球表面满布坑洞，并不像
亚里士多德所说月球是完美无瑕的球体，之后发现木星有四个卫星；而在观测金星
之中，他更是发现金星就像月亮一样会有盈亏的现象，显然金星是绕着太阳旋转，
而不是绕着地球转，如同地球的卫星—月亮一样。
伽利略将观察结果写成一本书：《星际使者》(The Star Messenger)。这些轰动一时
的天文观测，不仅间接证明了哥白尼主张地球环绕太阳运行的日心说，更对当时
亚里斯多德的学说予以重击，但也为他带来牢狱之灾。
《星际使者》出版之后，立即引来教会和亚里斯多德学派人士的攻击，控告他违反
圣经教义。1616年，罗马教廷为了巩固权威，将《天体运行论》列为禁书，并对他下达
了著名的“1616禁令”：母汤宣传或是公开谈论哥白尼的学说，否则会受到监禁处分。
在这段期间，伽利略只好进行一些不违背教会警告的研究工作，不过，教会中仇视
伽利略的人，仍不断地对他进行批判。1623年，新任教宗乌尔班八世对于双方争论不已
的问题感到厌烦，于是要求伽利略写一本讨论双方辩论观点的书，并在书末给予合理的
评断。换句话说，教宗的意思是：“我给你机会！你要按照我的游戏规则走！你要以
哥白尼的观点是错误的作为结论！”
1632年，伽利略完成了不朽名著《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》(简称
《关于两大世界体系的对话》，或《对话》)。书中采用三个人对话的形式，来解说
两种宇宙体系的观点，实际上却是宣扬哥白尼的日心说。
此举让教宗森77，放话管你是跪解、空解、还是卍解，我一定告！名单+1！
过不其然，1633年4月，罗马梵谛冈的宗教法庭的被告席内，一位年近7旬、面带倦容
的白发老人正等待受审。教会不顾老人的高龄与病躯，强迫他从佛罗伦斯长途跋涉
到罗马。
老人宣称地球不是宇宙的中心而被视为异端邪说，因为这是对教会权力与天主教的
挑衅与威胁，巨乳智乃才是正道。过去几周的时间里，老人受到残酷的刑罚与拷问。
他被迫修正自己的学说，不得相信与宣传哥白尼的日心说，否则等待他的就是火刑
—30年前，哲学家布鲁诺(Giordano Bruno)就是被宗教法庭以异教徒的罪名送上
火刑柱，活活烧死在罗马的鲜花广场。
在C87，流传着一个女人单挑整批舰队的传说，而在等待审判的今日，这位老人将
独自对抗整个教会，最终判决结果将会为科学界诞生新的本子王。
这位老人就是当时的科学家—伽利略。虽然受到如此对待，他却昂然而立。
“伽利略，因宣传异端邪说，颠覆国家政权，被判有罪，终身监禁！”
最终他被迫当庭认罪，承认自己学说的错误，并在“悔过书”上签字，但真理仍如
他的喃喃自语：“Bang！就算签字了，地球还是在转动啊！”
1633年，伽利略被迫承认自己学说的错误，并接受无限期在家监禁的处罚。1635年，
一身凡高(X)反骨(O)的他更是出版《关于两种新科学的对话》。书中详细记载了自己
过去关于物体运动的研究，并指出了亚里士多德学说的偏见与错误。1642年，伽利略
离开了人世。同年，作为他最佳后继者的牛顿在英国诞生，说是巧合也不为过。
1853年，天主教会将伽利略的所有著作从禁书目录中完全移除。1992年，教宗
若望‧保禄二世发表了一份声明，承认教会对伽利略在科学的错误判决，长达350年
的冤屈终于大白。我想，教会当时的心情就如同酒醉的你半夜起床尿尿，发现浴室灯
自己打开，结果隔天起来，你看到冰箱底下一滩谜样的水。
花Q，我们搞错了!
漫画版 伽利略
物理萌史: http://physicstory.pixnet.net/blog/category/4057197
Reference
1.科学少年
2.科学五千年
3.Wiki
4.绊爱