核心概念
物理
自由落体
力
重力
质量
惯性
引言
你有没有想过，一个重物和一个轻物相比，哪个下落得更快？想象一下，如果你同时放下这两个物体。哪个会先落地？会是较重的那个，因为它更重吗？还是它们会同时落地？在16世纪后期，意大利著名科学家伽利略也提出了这些问题，并且他做了一些实验来回答它们。在这个活动中，你将进行一些自己的测试，以确定较重的物体是否比较轻的物体下落得更快。
背景
在公元前四世纪的希腊，哲学家亚里士多德推断，物体下落的速度可能与其质量有关。换句话说，如果两个物体大小相同，但一个较重，那么较重的物体比轻的物体密度更大。因此，当两个物体从相同的高度同时落下时，较重的物体应该比轻的物体先落地。这是真的吗？
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大约1800年后，在16世纪后期的意大利，年轻的科学家和数学家伽利略·伽利莱质疑亚里士多德关于落体的理论。他甚至进行了一些实验来检验亚里士多德的理论。传说在1589年，伽利略站在比萨斜塔顶部附近的阳台上，扔下了两个大小相同但密度不同的球。尽管关于这件事是否真的发生过存在争议，但这个故事强调了使用实验来检验科学理论的重要性，即使是那些已经被接受了近2000年的理论。
材料
• 两个大小相同但质量不同的球。例如，你可以使用金属球和橡胶球，或者木球和塑料球，只要这两个球的大小大致相同。如果没有像这样的两个球形球，你可以尝试像苹果和大小相似的圆形岩石之类的东西。
• 一个梯子或脚凳
• 一个摄像机和一个助手（可选）
准备工作
• 你将从同一高度同时放下这两个球。在你进行测试的地方设置梯子或脚凳。如果你要使用一个重球，请务必找到一个测试区域，当球落地时不会损坏地板或地面。
• 如果你使用摄像机来记录实验，请立即设置好摄像机并让你的助手准备好录制。
• 使用脚凳或梯子时请小心。
步骤
• 小心拿着两个球爬上梯子或脚凳。
• 从同一高度同时放下两个球。如果你使用摄像机，请务必让你的助手记录球的下落和撞击地面的过程。
• 是一个球先落地还是两个球同时落地？
• 至少重复两次实验。你的结果一致吗？是一个球总是先落地还是两个球总是同时落地？
• 如果你录制了实验视频，你可以观看录像来验证你的结果。
• 你能解释你的结果吗？
• 额外尝试：再次尝试这个实验，但这次使用质量相同但大小不同的球。是一个球先落地还是它们同时落地？
• 额外尝试：尝试测试两个质量相同但形状不同的物体。例如，你可以尝试一片大羽毛和一个很小的球。是一个物体先落地还是它们同时落地？
• 额外尝试：你可以再次尝试这个实验，但这次使用可以慢速回放录像的摄像机进行录制。如果你以慢动作观看球的下落过程，你注意到它们的下落随时间的变化有什么不同吗？两个物体总是以相同的速度下落，还是一个物体在某些时间点比另一个物体下落得更快？ 观察和结果
两个球同时落地了吗？
你应该发现两个球大致同时落地。传说，这是伽利略在1589年从他的比萨斜塔实验中展示的，但同样，这是否真的发生过还存在争议。如果你忽略空气阻力，在地球表面附近下落的物体由于地球的重力，都以大约相同的加速度9.8米每秒平方（9.8 m/s2，或g）下落。因此，物体的加速度相同，因此它们的速度也以恒定的速率增加。由于作用在物体上的向下的力等于其质量乘以g，因此较重的物体具有更大的向下力。然而，较重的物体也具有更大的惯性，这意味着它们比轻的物体更难移动，因此较重的物体需要更大的力才能以相同的速率移动。
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此活动由与科学伙伴的合作提供