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最大真空室下 保齡球&羽毛誰先落地?(組圖)

2018-12-31 14:08 桌面版 简体 0
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世界最大真空室下,保齡球羽毛高空墜落誰先落地?(圖片來源:Youtube視頻截圖)

相信在一般狀態下大家都知道因為羽毛阻力較大,會從空中緩緩飄落。但如果真空狀態呢?

理論上在真空狀態下,不論任何物體墜落地表的加速度都是一樣的,這個國中自然科學只要沒翹課都應該知道的知識。但真實情況下真是如此嗎?

真空狀態下,不論任何物體墜落地表的加速度都是一樣的,真實情況下真是如此嗎?
真空狀態下,不論任何物體墜落地表的加速度都是一樣的,真實情況下真是如此嗎?(圖片來源:Youtube視頻截圖)

物理學家考克斯就實際測試了這個理論,他在俄亥俄州空間電力設施的美國國家航空暨太空總署太空模擬室,這是一間體積為22,653立方米的真空室,同時也是世界上最大的真空室來實際測試這個理論。

物理學家考克斯就實際測試了這個理論。
物理學家考克斯就實際測試了這個理論。(圖片來源:Youtube視頻截圖)

在這段BBC的影片中,可以看到他們先設計了一個能夠同時放開保齡球和羽毛的裝置,並且將所有空氣抽出以達到真空的目的來做這個實驗。

來看看這段影片吧!

依據維基百科的資料,自由落體運動是指只受重力作用(不存在空氣阻力的理想狀態)的均勻加速度運動過程。運動過程中重力勢能與動能之和遵守機械能守恆定律,在地球上相同位置與相同高度,自由落體的加速度相同(均為g,與質量無關。)

對自由落體最先研究的是古希臘科學家亞里斯多德,他提出:物體下落的快慢是由物體本身的重量決定的,物體越重,下落得越快;反之,物體越輕,則下落得越慢。亞里斯多德的理論影響了其後兩千多年的人。直到物理學家伽利略提出了相反的意見。

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物理學家伽利略。(圖片來源:Justus Sustermans/維基百科/CC0)

傳說1590年伽利略曾在義大利比薩斜塔上做自由落體實驗,將兩個重量不同的球體從相同的高度同時扔下,結果兩個鉛球同時落地,伽利略在比薩斜塔做自由落體實驗的故事,記載在他的學生維維安尼(Vincenzo Viviani,1622年∼1703年)在1654年寫的《伽利略生平的歷史故事》(1717年出版)一書中。

以下是來自Yahoo知識中,伽利略的自由落體實驗的故事。

在伽利略的自由落體提到一公斤的棉花和一公斤的鐵從同一高度落下何者先落地?答案是一同落地.

亞里斯多德的學說在十六世紀仍然如日中天,人人都奉為經典,沒有人提出任何的懷疑。亞里斯多德關於「自由落體」的學說是:物體自高處自由落下的速度和重量成正比。也就是說,一個十磅重的物體,下墜的速度會比一磅重的物體快十倍。這個學說在大小的外表上看來,似乎非常的合理,而且人人也都相信學說的真確性,教授們嚴肅把這個學說教給他們的學生,學生們也都敬謹的接受這個學說,只有伽利略表示懷疑。

伽利略曾經親眼目睹大小不同的冰雹,同時一起掉落到地。根據常識判斷,它們似乎是從同一高度一起下墜的,但是按照亞里斯多德的學說,較大的冰雹應該先落到地面上,小冰雹在接著掉來,伽利略觀察到的並非如此。

他做了許多實驗,發覺亞里斯多德的學說是錯誤的,他決心指出這項錯誤。傳說有一天,他邀請有關的教授到比薩斜塔前,拿出一個一百磅的重體,和一個一磅的重體。

傳說伽利略在比薩斜塔上做自由落體實驗。
傳說伽利略在比薩斜塔上做自由落體實驗。(圖片來源:Softeis/維基百科/CC BY-SA 2.0)

伽利略問所有的教授們:

「假如這兩個重體同時自塔頂自由落下,結果如何?」

教授們議論紛紛,誰也沒有做過這樣的實驗,沒有人敢預料結果如何。

以往,他們按亞里斯多德的學說照本宣科,從來沒有懷疑過。現在,居然有一位二十五歲的青年,提出了要求證據的疑問。結果呢?要是兩個重體以非常懸殊的速度墜落地面,教授們可以鬆一口氣,證明亞里斯多德的學說是正確的,伽利略將被冠上「說謊者」、「攪局者」的罪名。要是兩個重體同時墜落地面?又將如何解釋呢?是揚棄奉行多年的亞里斯多德學說,接受伽利略實驗所證明的事實,還是對伽利略的實驗視若無睹?

比薩斜塔的傾斜度可以使墜體不受阻礙,伽利略塔頂大喊:

「看清楚了沒有?下來了!」

兩個重體砰然而下,小的重體始終和大的重體並行,而且同時落地。這兩個重體的砰然一聲,並不表示亞里斯多德的學說已經崩潰。因為這一群教授在不想相信一件真實事物的時候,根本不去看一看、摸一摸,無論如何也不願意承認亞里斯多德的學說是錯誤的。更荒謬的是他們反而懷疑伽利略為了證實速度相同,而在重體內隱藏了「魔術」。

雖然伽利略據埋力爭,並嚴厲的批評那些學院派的人們,但沒能夠改變他們的想法;反而受到教授、學生們的群起圍攻,使伽利略再也待不下去。

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