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作者: jfsu (水精靈) 看板: Gossiping
標題: Re: [問卦] 10KG鉛球和10KG棉花哪個先落地
時間: Thu Mar 29 22:38:27 2018
※ 引述《yoyodiy (廢文心得文大師)》之銘言：
: 本人文組老魯 科普很弱
: 想問一下一個物理常識 如果在101頂端 把一個10KG的鉛球 和用打包機壓縮過
: 成為一個立方體的棉花同時丟下來
: 在一個標準大氣壓力 25度C 濕度50% 無風的狀況下
: 哪一個會先落地? 又兩者落地時間差距有多少?
我想，已經有鄉民解答了原po的題問，在此，我決定繞過這個問題，來聊聊伽利略。
每每這種自由落體實驗，總是提到他。
伽利略（Galileo Galilei）義大利物理學家、天文學家，為近代實驗科學的奠基者。
16世紀的歐洲社會仍是籠罩在以教宗為首的羅馬天主教勢力之下，人們的一舉一動，
全都受到教會的影響。在思想上，亞里士多德(Aristotle)的哲學觀如同Violet
Evergarden，被譽為人類聖經、業界之鑒、創世京紫、本季霸權，任何的言論與學說
都必須與他一致。
在科學上，亞里士多德認為地球是宇宙的中心，太陽、月球與其他行星則是繞著地球
旋轉。這樣一個宇宙觀十分受到宗教人士的歡迎，因為上帝依祂的形象創造了人，
而作為人類棲息之所的地球，最理想的位置就是在宇宙的中心，沒有之一。
所以當哥白尼打著垃圾不分藍綠(X)日心說(O)的旗幟，對抗教會，立刻遭到名嘴
噴得滿臉口水。此時，伽利略立馬挺身而出，加入這場科學與宗教的神學之戰。
1564年2月15日伽利略生於義大利的比薩市。他的父親在音樂上的造詣很高，更是
一位數學家。受到父親的影響，伽利略後來也成為頗有名氣的音樂家。但是父親認為，
即使擁有這兩種學問，日後作為職業的話，在義大利是無法存得人生的第一桶金。
17歲時，伽利略進入比薩大學就讀，被迫學習醫學。
由於對醫學毫無興趣，伽利略利用閒暇時間選修數學。沒多久，他遇上改變自己一生
的大成就明師—數學大師里奇(Ostillo Ricci)。在上了幾次里奇所開設的數學課程
之後，伽利略逐漸對這門富於邏輯性的學問著迷。里奇也注意到這位在課堂上認真
聽講、愛問問題的學生，認為他將會是個數學界的明日之星，便開始指導他閱讀
阿基米德和歐幾里德等人的數學著作，這為日後的科學研究打下深厚的基礎。
先前提過，亞里斯多德的學說與教會的神學結合在一起，他的理論如同皇后的貞操，
是不容懷疑的。但伽利略卻抱持著懷疑的態度，指出亞里斯多德並未親自作過任何
實驗，只靠著邏輯推導而得出結論，這樣有失偏剖，加上他是生活在距今2千多年
以前，很多事物到了現在都發生變化，最好他説的都是對的～
也因此，伽利略經常在學校與其他人爭論，也因此，稱號：「好辯者」 get！
雖然常爭得面紅耳赤，但他不會隨便就給對方來個「左手謝謝、右手指教」，相反的，
他以理服人，更是個溫、良、恭、儉、讓的學生，在同儕之中十分受歡迎。
作為虔誠的天主教徒，伽利略每週日都會來到比薩教堂作禮拜。一日，坐在教堂內的
伽利略聽著台上的講道，冗長的過程讓他眼神開始遊移，目光落在教堂天花板上、
一盞來回擺動的吊燈上。
「是風從敞開的窗戶吹了進來。」他凝視著吊燈，心中不禁想著：「風大時，吊燈
來回擺動的弧度比較大，有時弧度比較小，儘管擺幅不同，每次擺動所花的時間
好像都一樣？」
由於伽利略手邊並沒有任何工具可以計算擺動所需要的時間，他便以自己的脈博
來測數。他發現不因風吹得大或小而導致擺幅改變，每次擺動的時間都是一樣。
回家後，他用家裡的吊燈來進行實驗。他在吊燈上以不同長度的線來懸掛重物，再以
自己的脈博來測量擺動所需要的時間。伽利略因此發明了鐘擺，也確定了自己最初的
想法是正確的。這就是「鐘擺的等時性」。
伽利略更進一步改變擺線的長度或是懸掛上重量、形狀甚至是材質不同的物體，
來進行實驗。最後他得到一個結論：「擺動所需的時間與擺垂的重量無關，而是與
擺繩長度的平方根成正比。」
在當時，他無法解釋這個物理學上一個重大的發現，因為必須等到下個世紀，科學家
對於物體的作用力與重力有更多的研究之後才能找出這個問題的答案。
1585年，大學肄業的他回到家鄉當起家庭教師，教起科學。閒暇之餘，他把一切時間
都用於數學與研讀阿基米德的槓桿和浮力理論，開始自學和實驗。隔年，他發表了
一篇關於「流體靜力平衡」的論文，並根據其原理，製作出一種測量金屬比重的
儀器—「水秤」；之後，他又寫了一篇以數學計算為主的文章《物體的重心》。
1589年，伽利略在馬奎斯侯爵(Marquis Guidobaldo del Monte) 的推薦下，擔任
比薩大學數學系教授。熱衷於研究物體運動的他寫了一本書，批評亞里斯多德的
自由落體定律。亞里斯多德認為物體自高處自由落下時，會因不同的重量產生不同
的速度，但伽利略卻嗤之以鼻，認為物體都是以相同的速度落下，與重量無關。
他的質疑立刻引發了與同事之間的爭論，為了讓這些人閉嘴，他決定進行公開實驗。
[實況] 【不宅】比薩斜塔 丟丟樂 歡迎一起玩！
這天，伽利略帶了兩位學生與兩顆重量不同的鐵球前往比薩斜塔。此時，在斜塔的
廣場上早已擠滿好奇的學生和教授。
「長久以來，亞里斯多德的理論告訴我們，兩個不同重量的物體自高處同時落下，
其中較重的物體會比輕的較先落地。」伽利略清了清喉嚨說：「在我左手中的是重量
1磅的鐵球，右手中的是重量10磅的鐵球。現在我要讓各位看看，到底是誰說的對！」
語畢，伽利略雙手一放，兩顆鐵球便從斜塔上垂直落下，幾乎同時抵達地面。
毫無疑問，亞里斯多德過譽了。
即使那些保守而固執教授與學生臉都被打腫了，卻不願承認眼前這個事實。948794狂，
他們仍舊相信亞里斯多德的理論是不會錯誤的，不然以後怎麼教小孩
其實，早在伽利略之前，荷蘭的工程師史帝文(Simon Stevin)就以鉛球做過相同的
實驗。實際上，能夠改變物體落下速度的外力，就只有空氣阻力而已。在伽利略逝世
的50年後，化學家波以耳(Robert Boyle)將一顆鉛球與一根羽毛放進管子內，並抽成
真空，然後從同一高度自由釋放。在去除空氣阻力的影響之下，鉛球與羽毛果然是
同時落下。
1592年，伽利略受聘擔任帕多瓦大學數學教授。由於此地的領導者是一群思想前衛
的貴族，鼓勵自由的研究和新思想，在之後的18年裡，是伽利略科學研究的黃金時期。
雖然伽利略的自由落體的實驗非常成功，但他仍無法解釋落下時的速度變化，根本的
原因在於缺乏準確的計時器。聰明的他想到了解決辦法，就是讓球沿著一塊斜面滾落。
由於球沿著斜面滾下所花的時間比起自由落體長，這樣一來，就能容易測量出速度變化。
經過實驗之後，伽利略發現沿著斜面或垂直落下的物體，影響球速的不是重量，
而是落下的距離。也就是說，只要距離相同，最終一定會在相同的時間內抵達。
此外，伽利略為軍隊設計機械計算裝置，對彈道學產生了濃厚的興趣。他發現要是
砲口以仰角45度發射，砲彈的射程最遠。伽利略也根據浮力原理，製作了溫度計
（目前大家所使用的的水銀溫度計是他的學生托里切利（Evangelista Torricelli）
所發明。）
由於研究這些有關軍事、機械、力學等工程上的問題所獲得的成果，這時的伽利略
已經成為歐洲相當有名的科學家。
1594年，伽利略患病在家休養期間，翻閱了哥白尼的《天體運行論》，垂死病中驚坐起，
開始對日心說產生興趣。不久之後，收到克卜勒寄來的《宇宙的神秘》一書，書中公開
支持哥白尼的宇宙觀：地球與其他行星，都是繞著太陽轉動。伽利略被這樣的觀點所
震撼，希望自己有一天能親自證明哥白尼的論點。
1609年，荷蘭一位鏡片製造商漢斯(Hans Lipperhey)發明了一種能將遠處的女體(X)
景物(O)，看得非常清楚的儀器：望遠鏡。得到消息的伽利略沒多久做出了比漢斯放大
倍數更高的望遠鏡，並開始用它來觀測的星空。他看到月球表面滿佈坑洞，並不像
亞里士多德所說月球是完美無瑕的球體，之後發現木星有四個衛星；而在觀測金星
之中，他更是發現金星就像月亮一樣會有盈虧的現象，顯然金星是繞著太陽旋轉，
而不是繞著地球轉，如同地球的衛星—月亮一樣。
伽利略將觀察結果寫成一本書：《星際使者》(The Star Messenger)。這些轟動一時
的天文觀測，不僅間接證明了哥白尼主張地球環繞太陽運行的日心說，更對當時
亞里斯多德的學說予以重擊，但也為他帶來牢獄之災。
《星際使者》出版之後，立即引來教會和亞里斯多德學派人士的攻擊，控告他違反
聖經教義。1616年，羅馬教廷為了鞏固權威，將《天體運行論》列為禁書，並對他下達
了著名的「1616禁令」：母湯宣傳或是公開談論哥白尼的學說，否則會受到監禁處分。
在這段期間，伽利略只好進行一些不違背教會警告的研究工作，不過，教會中仇視
伽利略的人，仍不斷地對他進行批判。1623年，新任教宗烏爾班八世對於雙方爭論不已
的問題感到厭煩，於是要求伽利略寫一本討論雙方辯論觀點的書，並在書末給予合理的
評斷。換句話說，教宗的意思是：「我給你機會！你要按照我的遊戲規則走！你要以
哥白尼的觀點是錯誤的作為結論！」
1632年，伽利略完成了不朽名著《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》(簡稱
《關於兩大世界體系的對話》，或《對話》)。書中採用三個人對話的形式，來解說
兩種宇宙體系的觀點，實際上卻是宣揚哥白尼的日心說。
此舉讓教宗森77，放話管你是跪解、空解、還是卍解，我一定告！名單+1！
過不其然，1633年4月，羅馬梵諦岡的宗教法庭的被告席內，一位年近7旬、面帶倦容
的白髮老人正等待受審。教會不顧老人的高齡與病軀，強迫他從佛羅倫斯長途跋涉
到羅馬。
老人宣稱地球不是宇宙的中心而被視為異端邪說，因為這是對教會權力與天主教的
挑釁與威脅，巨乳智乃才是正道。過去幾週的時間裡，老人受到殘酷的刑罰與拷問。
他被迫修正自己的學說，不得相信與宣傳哥白尼的日心說，否則等待他的就是火刑
—30年前，哲學家布魯諾(Giordano Bruno)就是被宗教法庭以異教徒的罪名送上
火刑柱，活活燒死在羅馬的鮮花廣場。
在C87，流傳著一個女人單挑整批艦隊的傳說，而在等待審判的今日，這位老人將
獨自對抗整個教會，最終判決結果將會為科學界誕生新的本子王。
這位老人就是當時的科學家—伽利略。雖然受到如此對待，他卻昂然而立。
「伽利略，因宣傳異端邪說，顛覆國家政權，被判有罪，終身監禁！」
最終他被迫當庭認罪，承認自己學說的錯誤，並在「悔過書」上簽字，但真理仍如
他的喃喃自語：「Bang！就算簽字了，地球還是在轉動啊！」
1633年，伽利略被迫承認自己學說的錯誤，並接受無限期在家監禁的處罰。1635年，
一身梵谷(X)反骨(O)的他更是出版《關於兩種新科學的對話》。書中詳細記載了自己
過去關於物體運動的研究，並指出了亞里士多德學說的偏見與錯誤。1642年，伽利略
離開了人世。同年，作為他最佳後繼者的牛頓在英國誕生，說是巧合也不為過。
1853年，天主教會將伽利略的所有著作從禁書目錄中完全移除。1992年，教宗
若望‧保祿二世發表了一份聲明，承認教會對伽利略在科學的錯誤判決，長達350年
的冤屈終於大白。我想，教會當時的心情就如同酒醉的你半夜起床尿尿，發現浴室燈
自己打開，結果隔天起來，你看到冰箱底下一灘謎樣的水。
花Q，我們搞錯了!
漫畫版 伽利略
物理萌史: http://physicstory.pixnet.net/blog/category/4057197
Reference
1.科學少年
2.科學五千年
3.Wiki
4.絆愛