相对论|自由落体实验做了几百年为何还要做？它的重要性超乎你的想象
文章图片
文章图片
文章图片
在念小学的时候 ， 我们就已经从课本得知 ， 伽利略从著名的比萨斜塔 ， 扔下了两个大小不一的铁球 ， 结果两个铁球同时落地 。 伽利略这个实验 ， 推翻了亚里士多德对运动的错误理解 ， 科学从此翻开了新的篇章 。 这 ， 就是著名的自由落体实验 。
比萨斜塔
这个传奇故事 ， 是由伽利略的学生维维安尼记录流传下来的 ， 但无论是伽利略本人的作品 ， 还是其他同时代人的作品 ， 都没有相关记载 ， 所以维维安尼杜撰的可能性是很大的 。 不过 ， 这个故事确实很精彩 ， 我们就姑且当它是真的吧 。 那这个故事发生的时间 ， 也是1589年 ， 就是16世纪的时候 ， 到现在 ， 已经过去四百多年了 。
这四百年里 ， 不少人都在反复做这个实验 ， 以及这个实验的衍生实验 。 甚至1971年 ， 在月球上 ， 阿波罗15号的指挥官大卫·斯哥特 ， 还做了这个著名实验 。 他手拿1.32公斤重的铝合金 ， 跟只有0.03公斤重的鹰羽 ， 在距离月球地面1.6米的高度上 ， 同时松手 ， 结果铝合金与鹰羽同时落在地上 ， 再一次验证了伽利略当初的猜想 。
阿波罗15号指挥官大卫·斯哥特在月球做自由落体实验
在一些科学类的综艺节目上 ， 我们也可以经常看到 ， 两个真空管 ， 钢球与羽毛同时下坠 ， 同时落地 ， 引来观众的惊呼 。
既然四百年前 ， 伽利略已经做了实验 ， 证明两个铁球同时落地 ， 证明了运动与质量无关 。 那为何我们后人 ， 却要一再重复这个实验？
这就要从自由落体实验的原理说起 。
为何实验的时候 ， 质量不同 ， 甚至相差悬殊的物体 ， 同时下坠 ， 会同时下地？而现实生活中 ， 似乎又不是如此？
只要念过中学物理的人 ， 几乎都能解释 ， 那是因为物体下坠的速度 ， 跟质量无关 。 只是我们日常生活中有空气 ， 质量大的物体 ， 受到空气阻力影响小 ， 质量小的物体 ， 受到空气阻力影响大 ， 所以日常生活中 ， 质量大的物体下坠得更快 。 但如果像实验那样 ， 把空气抽走 ， 没有了空气 ， 那铁球跟羽毛是同时落地的 。
如果用物理公式来解释 ， 根据牛顿第二定律 ， 加速度等于力除以质量 ， 即a=F/m ， 假设空气阻力为f ， 那自由落体的加速度a ， 就是a=(mg-f)/m ， 在日常生活中 ， 因为有空气阻力存在 ， 所以不同质量的加速度是不一样的 ， 但如果把空气抽走 ， 没有了f ， 则加速度a=mg/m=g ， 物体下落的加速度等于重力加速度 ， 两个自由落体的初始位置一样 ， 初始速度都为0 ， 加速度又都是g ， 那肯定是同时落地的 。
道理是这样 ， 没错 ， 但 ， 这是中学物理的水平 。
公式中的mg/m ， 前后两个m ， 是同一个m吗？其实不是 ， 只是如果那时候讲给少年的你听 ， 只怕你就听不懂 ， 听糊涂 ， 要怀疑人生了 。
我们都知道 ， m是质量 。 但牛顿力学中 ， 其实有两种质量 ， 一种质量来源于万有引力公式 ， 所以叫引力质量 ， 另一个质量来源于牛顿第二定律 ， 也就是惯性定律 ， 所以叫惯性质量 。
万有引力公式
这两种质量 ， 来源于不同公式 ， 其实并不是一回事 。 但科学家做实验发现 ， 这两者 ， 在数量上是等价的 ， 也就是说 ， 两者的比例是一比一 ， 因为在数量上相同 ， 所以物理学家都默认把它们当做一回事 ， 都叫质量 。
推荐阅读
- 黑猩猩|真实版“美女与野兽”？苏联生物学家重金招募5名女性，进行黑猩猩生育实验！
- 莫妮卡·贝鲁奇|一个看似普通的实验，却得到不可能的答案，甚至让人怀疑宇宙
- 量子力学|令人困惑的“双缝干涉实验”，到底发现了什么？
- 数码实验室|Adam又要“退休”了？耶鲁大学团队提出AdaBelief
- 科学家|人类跟猩猩基因近似，女科学家为验证能否有后代，不惜参与实验！
- 外星人|人类史上曾进行过7次大实验，地球差点遭到毁灭，切忌寻找外星人
- 国际热核聚变实验堆|在又一顶尖科技领域的成功，我们离创造“神迹”已不远！
- 数码实验室|实现人工智能支付结算，这个区启动商旅酒店支付联盟
- 数码实验室|三只松鼠参与揭牌，中国坚果零食营养健康创新中心成立
- 科技实验室|微软TCP/IP远程执行代码漏洞风险通告