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在空气中,你能让纸片与铁块落得一样快吗?你肯定说,除非你把纸片与铁块粘(捆)在一起,否则绝不可能.但我告诉你,纸片与铁块不粘(捆)在一起,我也能让它们落得一样快.
为了完成这一不可能的任务,先让我们回忆一下人们认识物体下落的快慢与物体的质量关系的历史过程吧!
人们日常生活的经验告诉我们,重的物体下落比轻的物体总是要快.比如树上的一颗苹果和一片树叶同时从树上同一高度掉下来,一定是苹果先落地,树叶后落地.生活在公元前4世纪的古希腊哲学家亚里士多德最早阐述了这种看法.由于亚里士多德在各方面的突出成就,人们将他的观点奉为经典,当时的教科书上也这样写.
在16世纪以前,以亚里士多德为代表的学者认为物体下落的快慢由物体的重力决定,物体越重下落越快.亚里士多德的这一论断影响深远,在其后的长达两千多年的时间里,这被当成是不可怀疑的真理,没有人怀疑他的观点,人们一直信奉他的学说.
但是这种从表面上的观察得出的很易使人们相信的结论实际上却是错误的.伟大的物理学家伽利略用简单明了的科学推理,巧妙地揭示了亚里士多德的理论内部包含的矛盾.他在1638年写的《两种新科学的对话》一书中指出:根据亚里士多德的论断,一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大.假定大石头的下落速度为8,小石头的下落速度为4,当我们把两块石头栓在一起时,下落快的会被下落慢的拖着而减慢,下落慢的会被下落快的拖着而加快,结果整个系统的下落速度应该小于8.但是两块石头栓在一起,加起来比大石头还要重.因此从重物体比轻物体下落得快的假设,竟然推出了重物体(两块石头)比轻物体(其中的大石头)下落慢的结论.亚里士多德的理论陷入了自相矛盾的境地.伽利略由此得出重的物体下落比轻的物体总是要快是不对的,亚里士多德是错的.
伽利略推断重的物体不会比轻的物体下落得快.伽利略向亚里士多德的挑战触怒了许多学者、教授.
为了证明重的物体不会比轻的物体下落得快,传说1590年伽利略在比萨斜塔上做过落体实验.比萨斜塔高179英尺,由于塔基问题,塔身发生倾斜,那正是理想的落体实验场所.伽利略为了证明他的论断,邀请了许多人到斜塔旁观看,有他的支持者,也有他的反对者.伽利略一手拿着一个1磅重的铅球,另一手拿着一个10磅重的铅球,一步一步地登上斜塔.到了塔顶,他向下作了个手势请观众注意,随即双手平举两个铅球让它们同时下落,最后“啪!”的一声,两个重量相差9倍的铅球同时落地.伽利略胜利了.
伽利略在比萨斜塔做落体实验时,如果能够让很轻的纸片与很重的铁块同时落地,那效果将更加惊人.如果能让人观察到纸片与铁块一起下落,落得一样快,那是不是更令人信服呢?
当时的伽利略已经意识到空气的阻力将影响物体的下落,但是由于科学发展和仪器设备的限制,当时仍然没有办法用实验手段得到真空,所以并不能真正地完成一个自由落体运动的实验.当时条件下,让人观察到纸片与铁块一起下落,落得一样快,那几乎是不可能的.
直到牛顿的时代,发明了抽气机,由牛顿设计了钱羽管(又称牛顿管),很轻的纸片与铁片落得一样快,你才能做到,见到.真正用实验证明在真空中,物体下落速度与物体重力无关. 钱羽管(牛顿管)是用特殊材料做成的密封透明容器,可以用泵使得内部接近真空.把金属片、软木、羽毛一同放进牛顿管,抽气到接近真空,然后翻转牛顿管观察石头与鸡毛下落速度,可以看到他们几乎同时下降到牛顿管底.
用钱羽管(牛顿管)演示物体下落速度与物体重力无关,用抽气机与牛顿管配合,可以演示出轻重不同的物体在管内充满空气时和管内为真空时下落的情况.然而,用牛顿管作演示时, 牛顿管实验的关键是抽气,条件好的学校有真空泵,抽气快、效果好,而条件较差的学校只有手摇抽气机,光抽气就要十几分钟且效果不一定理想,往往出现重复抽气情况.牛顿管演示还有个观察性缺陷,学生隔得远,现象不易观察清楚.即演示者将管急速翻转,让管里的三种物体(金属片、软木、羽毛)同时下落时,观察者注意力往往集中在“急速”翻转的动作上,等认真观察物体下落时,三个物体早已落到管的底端了,因而无法对比看清不同物体的下落情况.此外,钱羽管(牛顿管)携带不方便,实验操作也不方便,现象不明显.
在空气中,观察到纸片与铁块落得一样快,真的是不可能的吗?
下面看一看我们如何让纸片与铁块不粘(捆)在一起,在空气中落得一样快.
其实很简单,我们只需要一块圆柱形的铁块和一张圆形的纸片,纸片的面积要略小于铁块的底面积.首先,我们把纸片放在铁块的下方,然后同时放手,纸片与铁块就会同时下落,同时落地.
你也许有疑问,这能说明物体下落速度与物体重力无关吗?这是因为重的铁块落得快,推着落得慢的纸片一起下落的呀.我也是这样想的.
那我们把纸片放在铁块的上方,然后同时放手,又能看到什么现象呢?实验结果是,我们还是能够看到纸片与铁块同时下落,同时落地!这又是为什么呢?而且两次实验相比,第二次实验现象更明显,更易成功.
试一试,现在你也能够在空气中完成,让纸片与铁块落得一样快这个“不可能”的任务了吧.这个实验,我们用巧妙的方法,消除了空气阻力对纸片下落的影响,做到了在空气中让纸片与铁块落得一样快.对于这个结果,如果公元前4世纪的希腊哲学家亚里士多德见到了,他会有何感想呢?他还能坚持重的物体下落比轻的物体总是要快吗?这一实验操作简单,现象明显,它让我们体验到巧妙的方法,可以使我们得到全新的结果,获得令人惊讶的效果.就像哥伦布发现了新大陆后,又在人们面前用巧妙的方法解决了竖起鸡蛋的难题.这次,我们也轻易做到了在空气中让纸片与铁块落得一样快.
为了完成这一不可能的任务,先让我们回忆一下人们认识物体下落的快慢与物体的质量关系的历史过程吧!
人们日常生活的经验告诉我们,重的物体下落比轻的物体总是要快.比如树上的一颗苹果和一片树叶同时从树上同一高度掉下来,一定是苹果先落地,树叶后落地.生活在公元前4世纪的古希腊哲学家亚里士多德最早阐述了这种看法.由于亚里士多德在各方面的突出成就,人们将他的观点奉为经典,当时的教科书上也这样写.
在16世纪以前,以亚里士多德为代表的学者认为物体下落的快慢由物体的重力决定,物体越重下落越快.亚里士多德的这一论断影响深远,在其后的长达两千多年的时间里,这被当成是不可怀疑的真理,没有人怀疑他的观点,人们一直信奉他的学说.
但是这种从表面上的观察得出的很易使人们相信的结论实际上却是错误的.伟大的物理学家伽利略用简单明了的科学推理,巧妙地揭示了亚里士多德的理论内部包含的矛盾.他在1638年写的《两种新科学的对话》一书中指出:根据亚里士多德的论断,一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大.假定大石头的下落速度为8,小石头的下落速度为4,当我们把两块石头栓在一起时,下落快的会被下落慢的拖着而减慢,下落慢的会被下落快的拖着而加快,结果整个系统的下落速度应该小于8.但是两块石头栓在一起,加起来比大石头还要重.因此从重物体比轻物体下落得快的假设,竟然推出了重物体(两块石头)比轻物体(其中的大石头)下落慢的结论.亚里士多德的理论陷入了自相矛盾的境地.伽利略由此得出重的物体下落比轻的物体总是要快是不对的,亚里士多德是错的.
伽利略推断重的物体不会比轻的物体下落得快.伽利略向亚里士多德的挑战触怒了许多学者、教授.
为了证明重的物体不会比轻的物体下落得快,传说1590年伽利略在比萨斜塔上做过落体实验.比萨斜塔高179英尺,由于塔基问题,塔身发生倾斜,那正是理想的落体实验场所.伽利略为了证明他的论断,邀请了许多人到斜塔旁观看,有他的支持者,也有他的反对者.伽利略一手拿着一个1磅重的铅球,另一手拿着一个10磅重的铅球,一步一步地登上斜塔.到了塔顶,他向下作了个手势请观众注意,随即双手平举两个铅球让它们同时下落,最后“啪!”的一声,两个重量相差9倍的铅球同时落地.伽利略胜利了.
伽利略在比萨斜塔做落体实验时,如果能够让很轻的纸片与很重的铁块同时落地,那效果将更加惊人.如果能让人观察到纸片与铁块一起下落,落得一样快,那是不是更令人信服呢?
当时的伽利略已经意识到空气的阻力将影响物体的下落,但是由于科学发展和仪器设备的限制,当时仍然没有办法用实验手段得到真空,所以并不能真正地完成一个自由落体运动的实验.当时条件下,让人观察到纸片与铁块一起下落,落得一样快,那几乎是不可能的.
直到牛顿的时代,发明了抽气机,由牛顿设计了钱羽管(又称牛顿管),很轻的纸片与铁片落得一样快,你才能做到,见到.真正用实验证明在真空中,物体下落速度与物体重力无关. 钱羽管(牛顿管)是用特殊材料做成的密封透明容器,可以用泵使得内部接近真空.把金属片、软木、羽毛一同放进牛顿管,抽气到接近真空,然后翻转牛顿管观察石头与鸡毛下落速度,可以看到他们几乎同时下降到牛顿管底.
用钱羽管(牛顿管)演示物体下落速度与物体重力无关,用抽气机与牛顿管配合,可以演示出轻重不同的物体在管内充满空气时和管内为真空时下落的情况.然而,用牛顿管作演示时, 牛顿管实验的关键是抽气,条件好的学校有真空泵,抽气快、效果好,而条件较差的学校只有手摇抽气机,光抽气就要十几分钟且效果不一定理想,往往出现重复抽气情况.牛顿管演示还有个观察性缺陷,学生隔得远,现象不易观察清楚.即演示者将管急速翻转,让管里的三种物体(金属片、软木、羽毛)同时下落时,观察者注意力往往集中在“急速”翻转的动作上,等认真观察物体下落时,三个物体早已落到管的底端了,因而无法对比看清不同物体的下落情况.此外,钱羽管(牛顿管)携带不方便,实验操作也不方便,现象不明显.
在空气中,观察到纸片与铁块落得一样快,真的是不可能的吗?
下面看一看我们如何让纸片与铁块不粘(捆)在一起,在空气中落得一样快.
其实很简单,我们只需要一块圆柱形的铁块和一张圆形的纸片,纸片的面积要略小于铁块的底面积.首先,我们把纸片放在铁块的下方,然后同时放手,纸片与铁块就会同时下落,同时落地.
你也许有疑问,这能说明物体下落速度与物体重力无关吗?这是因为重的铁块落得快,推着落得慢的纸片一起下落的呀.我也是这样想的.
那我们把纸片放在铁块的上方,然后同时放手,又能看到什么现象呢?实验结果是,我们还是能够看到纸片与铁块同时下落,同时落地!这又是为什么呢?而且两次实验相比,第二次实验现象更明显,更易成功.
试一试,现在你也能够在空气中完成,让纸片与铁块落得一样快这个“不可能”的任务了吧.这个实验,我们用巧妙的方法,消除了空气阻力对纸片下落的影响,做到了在空气中让纸片与铁块落得一样快.对于这个结果,如果公元前4世纪的希腊哲学家亚里士多德见到了,他会有何感想呢?他还能坚持重的物体下落比轻的物体总是要快吗?这一实验操作简单,现象明显,它让我们体验到巧妙的方法,可以使我们得到全新的结果,获得令人惊讶的效果.就像哥伦布发现了新大陆后,又在人们面前用巧妙的方法解决了竖起鸡蛋的难题.这次,我们也轻易做到了在空气中让纸片与铁块落得一样快.