自由落体定律的创立,谁能详细解释自由落体定律
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24岁的伽利略是意大利比萨大学的数学教授。遇到难题时,他就经常坐在当地的教堂里。教堂里的照明灯在长链子上轻轻地摆动着。1598年夏天,他发现这些灯总是以相同的速度摆动。
伽利略决定测量照明灯摆动的时间,于是,他按住脖子上的脉搏开始测量其中的一盏灯的摆速,接着他又测量了另一盏稍大的照明灯的摆速,结果发现两盏灯的摆动速度相同。他借来了祭台助手点灯的长灯芯,用力摆动大小不同的两盏灯。经过多日的计时测量,他发现不论灯质量大小,弧线长短(松手点与最低点的高度差始终相等),这些灯沿着弧线摆动速度完全相同。
质量大的灯和质量小的灯以相同速度沿着弧线下落,这一发现与持续2000年的理论基础截然不同。伽利略深为这一发现所吸引。
站在比萨大学的课堂上,伽利略一只手拿着一块砖,另一只手拿着用水泥砌在一起的两块砖,好像在掂量它们的分量,比较它们的质量。他对学生说:“各位同学,经过观察来回摆动的钟摆,我得出一个结论,亚里士多德的观点是错的。”
全班学生都大吃一惊:“亚里士多德的观点有误?!”每个人在学校里的第一堂自然科学课上,首先学习到的就是:古希腊哲学家亚里士多德的著作是科学的基础。亚里士多德的一条定理就是:重的物体因其质量大的下落速度快。
伽利略爬上桌子,把砖头举到齐眉的高度,松开了手。“砰”的一声,两块砖落在地板上。他问道:“质量大的下落得快吗?”
学生们摇了摇头,两块砖是同时落地的。
伽利略喊道:“再来一次!”他再次抛下砖头,学生们仍呆呆地站在哪里。“砰”的一声,他又问道:“质量大的下落的快吗?”不是的,两块砖头还是同时落地。学生们目瞪口呆,伽利略当场宣布亚里士多德的结论是错误的。
但是,世人不愿接受伽利略的科学发现。他的朋友里奇,一名数学家,看到伽利略的砖块落地演示后,说道:“我只承认两块砖块与一块砖块是以相同速度落地的,但是我仍不能轻易相信亚里士多德的理论是错误的,还是在找另外的实例来证明吧!”
伽利略认为自己需要公开进行一次更有说服力的实证演示,让众人接受他的发现。据说,为了演示新发现,他站在著名的比萨斜塔顶上,从191英尺的高度同时扔下一个10磅的铅球和一个1磅的铅球。虽然无法确定他究竟是否在高塔上扔过铅球,但自由落体定律终成事实。
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不受任何阻力,只在重力作用下而降落的物体,叫“自由落体”。如在地球引力作用下由静止状态开始下落的物体。地球表面附近的上空可看作是恒定的重力场。如不考虑大气阻力,在该区域内的自由落体运动是匀加速直线运动。其加速度恒等于重力加速度g。虽然地球的引力和物体到地球中心距离的平方成反比,但地球的半径远大于自由落体所经过的路程,所以引力在地面附近可看作是不变的,自由落体的加速度即是一个不变的常量。它是初速为零的匀加速直线运动。
自由落体运动的特点,体现在“自由”二字上,其含意为:物体开始下落时是静止的即v0=0。如果给物体一个初速度竖直下落,不能算自由落体。物体在下落过程中,除受重力作用外,不再受其他任何作用力(包括空气阻力)。
自由落体的瞬时速度的计算公式为v=gt;位移的计算公式为h=1/2*gt^2。