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第5章 鸡毛和石头“赛跑”

有一次,一根鸡毛遇到一块石头。鸡毛飘浮在空中自以为得意,它对石头说:“你不能与我相比,我是能上能下,能前能后,下落的水平很高,不像你从上到下只走一条直线。唉!假如我们俩一起从高空下落,你认为谁下落得快,不用说肯定是我!”石头不服气,于是它俩进行了一次史无前例的比赛。这个故事,就像人们熟知的“龟兔赛跑”一样,有些滑稽。这看起来似乎是一个童话,但里面却孕含着一个古老的问题,一个人们为此已经争论了3个世纪的问题,不仅没有结论,而且越传越神奇,越探讨越感到不可思议。

说来话长,公元前4世纪,古希腊著名的哲学家亚里士多德对物体下落提出一个观点:就是重的物体下落快,轻的物体下落慢。有人问:“如果鸡毛和石头同时从高空下落,谁先落地。”亚里士多德认为“石头落得快,鸡毛落地慢”。由此,亚里士多德得出结论:“从高空落下的物体,重的比轻的落得快!”在近2000多年的时间里,人们对亚里士多德深信不疑,他一直被当做神,没有人敢提出反面意见。他的话被写入课本,学生们都要认真背诵呢!

第一个向亚里士多德问题提出挑战的,是科学界的英雄,意大利物理学家伽利略。他没有正面提出物体下落问题,而是巧妙地提出一个假设:如果把一个重物与一个轻物绑在一起,快的会变慢,慢的会变快吗?这个问题正好点到了亚里士多德的漏洞,用亚里士多德的观点很难解释。伽利略提出的这一问题,触怒了许多专家、学者,他们纷纷拿出自己的证据,驳斥伽利略。为了证实这个问题,伽利略毫不让步,于是就有了著名的比萨斜塔实验的故事。

伽利略是意大利比萨人,比萨有座著名的塔,是意大利比萨的标志。此塔建于1173年,塔高179英尺,此塔倾斜得很厉害,正好是理想的实验场所。对于伽利略来说,做这样的实验可是心中有数。伽利略多次带着他的学生,做过这样的实验:他曾站在桌子上,把不同的物体举过头顶,然后松手让东西落下,并测量物体下落的时间。结论总是一样的:高度相同,下落时间就相同。后来,他又到树上做过类似的实验,结果还是一样的。伽利略为了证明他的论断,特意邀请了许多知名人士到斜塔前观看。在现场,有人支持他,也有人反对他,充满着火药味。突然,人们的声音停止了,他们看到伽利略向斜塔走去,他一只手拿着一个1磅重的铅球,另一只手拿着一个10磅重的铅球,一步一步地登上了斜塔。亚里士多德派的学者起哄,发出“哈哈”的嘲笑声,他们很想看到伽利略实验的失败。

伽利略终于到达了塔顶,他看了看下面黑压压的人群,大声地说:“各位请注意!”随即一松手,两只铅球立即自由下落。“啪”的一声,两个重量不等的铅球同时落地。事实向人们说明了一切,伽利略取得了胜利。伽利略用两个球同时到达地面的事实,彻底地推翻了统治欧洲长达2000多年的亚里士多德的学说。

至此,鸡毛与石块的争论已经结束,但有些人仍然心存不服,他们问伽利略:如果用一根鸡毛和一根铁钉来做实验,鸡毛落地就比铁钉慢得多,这是什么缘故呢?

伽利略认为,鸡毛落得慢完全是空气阻力造成的。后来,伽利略的学生托里拆利找到了获得真空的方法,在真空管中鸡毛和铁钉果然是同时落到管底。真空中,一切下落物体的加速度都是相同的。但在日常生活中,我们看到的重物先落地,轻物后落地,其实是由于空气阻力的缘故。

同学们明白了“鸡毛与石块”问题后,一定会对物理产生兴趣,而兴趣对于学好物理是十分有益的。

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