核心概念
物理
自由落體
力
重力
質量
慣性
引言
你有沒有想過，一個重物和一個輕物相比，哪個下落得更快？想象一下，如果你同時放下這兩個物體。哪個會先落地？會是較重的那個，因為它更重嗎？還是它們會同時落地？在16世紀後期，義大利著名科學家伽利略也提出了這些問題，並且他做了一些實驗來回答它們。在這個活動中，你將進行一些自己的測試，以確定較重的物體是否比較輕的物體下落得更快。
背景
在公元前四世紀的希臘，哲學家亞里士多德推斷，物體下落的速度可能與其質量有關。換句話說，如果兩個物體大小相同，但一個較重，那麼較重的物體比輕的物體密度更大。因此，當兩個物體從相同的高度同時落下時，較重的物體應該比輕的物體先落地。這是真的嗎？
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大約1800年後，在16世紀後期的義大利，年輕的科學家和數學家伽利略·伽利萊質疑亞里士多德關於落體的理論。他甚至進行了一些實驗來檢驗亞里士多德的理論。傳說在1589年，伽利略站在比薩斜塔頂部附近的陽臺上，扔下了兩個大小相同但密度不同的球。儘管關於這件事是否真的發生過存在爭議，但這個故事強調了使用實驗來檢驗科學理論的重要性，即使是那些已經被接受了近2000年的理論。
材料
• 兩個大小相同但質量不同的球。例如，你可以使用金屬球和橡膠球，或者木球和塑膠球，只要這兩個球的大小大致相同。如果沒有像這樣的兩個球形球，你可以嘗試像蘋果和大小相似的圓形岩石之類的東西。
• 一個梯子或腳凳
• 一個攝像機和一個助手（可選）
準備工作
• 你將從同一高度同時放下這兩個球。在你進行測試的地方設定梯子或腳凳。如果你要使用一個重球，請務必找到一個測試區域，當球落地時不會損壞地板或地面。
• 如果你使用攝像機來記錄實驗，請立即設定好攝像機並讓你的助手準備好錄製。
• 使用腳凳或梯子時請小心。
步驟
• 小心拿著兩個球爬上梯子或腳凳。
• 從同一高度同時放下兩個球。如果你使用攝像機，請務必讓你的助手記錄球的下落和撞擊地面的過程。
• 是一個球先落地還是兩個球同時落地？
• 至少重複兩次實驗。你的結果一致嗎？是一個球總是先落地還是兩個球總是同時落地？
• 如果你錄製了實驗影片，你可以觀看錄影來驗證你的結果。
• 你能解釋你的結果嗎？
• 額外嘗試：再次嘗試這個實驗，但這次使用質量相同但大小不同的球。是一個球先落地還是它們同時落地？
• 額外嘗試：嘗試測試兩個質量相同但形狀不同的物體。例如，你可以嘗試一片大羽毛和一個很小的球。是一個物體先落地還是它們同時落地？
• 額外嘗試：你可以再次嘗試這個實驗，但這次使用可以慢速回放錄影的攝像機進行錄製。如果你以慢動作觀看球的下落過程，你注意到它們的下落隨時間的變化有什麼不同嗎？兩個物體總是以相同的速度下落，還是一個物體在某些時間點比另一個物體下落得更快？ 觀察和結果
兩個球同時落地了嗎？
你應該發現兩個球大致同時落地。傳說，這是伽利略在1589年從他的比薩斜塔實驗中展示的，但同樣，這是否真的發生過還存在爭議。如果你忽略空氣阻力，在地球表面附近下落的物體由於地球的重力，都以大約相同的加速度9.8米每秒平方（9.8 m/s2，或g）下落。因此，物體的加速度相同，因此它們的速度也以恆定的速率增加。由於作用在物體上的向下的力等於其質量乘以g，因此較重的物體具有更大的向下力。然而，較重的物體也具有更大的慣性，這意味著它們比輕的物體更難移動，因此較重的物體需要更大的力才能以相同的速率移動。
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此活動由與科學夥伴的合作提供