理论教育 鸡毛比铁球先落地-伽利略实验结果解析

鸡毛比铁球先落地-伽利略实验结果解析

时间:2023-11-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:伽利略认为,在生活中,的确是鸡毛落得慢,这是鸡毛受到的空气浮力大的缘故。不少物理学家对富佛斯的实验重新进行了分析,得出了令人吃惊的结论:鸡毛和铁球下落的快慢确实有差别,不是同时落到地上。第三个答案露面了:鸡毛下落的速度比铁球稍快一点,鸡毛先落地。他们说,在真空中鸡毛比铁球落得快,是因为在下落过程中,不仅是重力起作用,还有一个较小的排斥力在起作用,它的方向与引力相反,影响了下落的速度。

鸡毛比铁球先落地-伽利略实验结果解析

鸡毛轻,铁球重,从同样的高度向下落,是鸡毛先落地,还是铁球先落地?

答案有三个:一、铁球先落地;二、同时落到地上;三、鸡毛先落地。

读者请先想一想,然后再做出选择。这里先说一下,这是一个古老的问题,提出问题的人是大名鼎鼎的古希腊哲学家亚里士多德。

公元前300多年的时候,亚里士多德说,物体下落的快慢与它的重量成正比,重的物体落得快。这样,铁球比鸡毛重,自然是先落地的了。这是第一种答案。

由于亚里士多德被西方人尊奉为科学权威,在长达1900多年的时间里,没有人怀疑过亚里士多德的说法,直到16世纪才有人出来推翻亚里士多德的答案。

这个人是大家熟悉的伽利略。伽利略在《两种新科学的对话》中,用两个人对话的形式,做了一段精彩的推理,推翻了亚里士多德的答案。这段对话,用现代语言简化得通俗一些,大约是这样的:

甲:物体A比物体B重得多,哪个先落地?

乙:按亚里士多德的说法,物体A先落地。

甲:现在把A和B捆在一起,成为A+B呢?

乙:A+B比A重,应该比物体A先落地。

甲:请注意,B比A轻,按亚里士多德的说法,B下落比A慢,A+B以后,B抱着A,下落速度减慢了。A+B应该比物体A后落地。

乙:啊呀,得出了两个相反的结论,亚里士多德的话不能再相信了。

就这样,伽利略巧妙地否定了对亚里士多德的迷信。第一个答案不对了,伽利略提出了第二个答案:同时落到地上。

伽利略说,轻重不同的物体从同一高度下落,应当同时落地。当时,伽利略是个二十五六岁的青年,别人都怀疑他的说法,伽利略决心登上比萨斜塔,当着众人进行一次实验。他一手拿着1磅重的铁球,另一手拿着10磅重的铁球,放开双手,两个铁球同时落到了地上。来观看的学者和民众信服了。

这个著名的实验同时使比萨斜塔出了名,代代相传,成为人们熟知的故事。这个古老的故事并没有到此完结,在往下说以前,先做一点补充。(www.daowen.com)

在比萨斜塔实验的前几年,比伽利略年纪大得多的斯台文曾经做过一个实验。他用荷兰文写道:“我们拿两只铅球,其中一只比另一只重10倍,把它们从30英尺的高度同时丢下来,落在一块木板或者什么可以发出清晰响声的东西上面,那么我们会发现轻球并不需要10倍的时间,而是同时落在木板上。因为它们发出的声音像是一个声音一样。”这段话说明,当时不止伽利略,而是一批人发现了我们说的第二个答案:同时落在地上。

传说,伽利略做完比萨斜塔实验以后,仍然有人不服气,提出一个尖锐的问题:鸡毛和铁球,哪个落得快?

伽利略认为,在生活中,的确是鸡毛落得慢,这是鸡毛受到的空气浮力大的缘故。在真空里,鸡毛和铁球应该落得一样快。伽利略没有能完成这个实验。后来,真空技术有了提高,才有人进行了实验。办法是:把鸡毛、木块、铁球放到一个玻璃管内,抽去空气,形成真空,就会看到鸡毛、木块、铁球同时落到管底。

按说,鸡毛和铁球哪个先落地的答案清楚明白,应该到此为止。进入20世纪,事情发生了变化。1922年,匈牙利的富佛斯在一次实验中发现,不同重量的物质并不是同时落地,先后略有不同,大约相差1%左右。

这一发现并未引起人们的注意,过了60多年,直到1986年,才受到了重视。不少物理学家对富佛斯的实验重新进行了分析,得出了令人吃惊的结论:鸡毛和铁球下落的快慢确实有差别,不是同时落到地上。一句话,否定了伽利略的答案。

第三个答案露面了:鸡毛下落的速度比铁球稍快一点,鸡毛先落地。

大物理学家们说出这个答案,不由你不信,不由你吓一跳。真怪,这个答案竟与我们的生活常识不一样!

物理学家们说出这番话来总是有点原因,他们一要做实验——非常精细的实验,二要做理论探讨,然后才会写论文

他们说,在真空中鸡毛比铁球落得快,是因为在下落过程中,不仅是重力起作用,还有一个较小的排斥力在起作用,它的方向与引力相反,影响了下落的速度。

这个排斥力,起初叫作“超电荷力”,后来叫作超负载力。这是新认识的一种力,也叫第五种力。

在此以前,人们认为在自然界存在的力有4种。最早认识的是引力,地球绕着太阳转、苹果落到地上都是引力在起作用;后来认识的是电磁力,存在于电磁场中。这两种力都好理解。第三、第四种力存在于原子核内部,主宰各种粒子的相互作用,叫强相互作用力和弱相互作用力。

如今,从鸡毛与铁球下落的问题中又引出了一个排斥力,就成了物理学中的一件大事。是不是真的存在第五种力,大量的实验,结果不完全一致,还很难说死,下不了结论。因此,关于它的性质也只能说还不十分清楚。

2000多年的公案尚未了结。

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