『伽利略』伽利略著名的“铁球实验”向世人证明了什么，有什么科学意义？
很多人都知道伽利略在比萨斜塔进行重力实验的故事：在亚里士多德时代 ， 人们普遍认为重的物体比轻的物体先降落 ， 伽利略同时从比萨斜塔上落下两个不同重量的铁球 ， 同时降落 ， 这证明了物体下落的速度与它的质量无关 ， 所以伽利略的实验证明了人们之前的想法是错误的 。
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【『伽利略』伽利略著名的“铁球实验”向世人证明了什么，有什么科学意义？】关于这个实验有许多传说 。 有人说那个实验并没有实际去做 ， 只是一个理想实验 ， 用逻辑推理进行的 。 还有人说这个实验的结果其实不是两个铁球同时落地 ， 而是大球早一点点落地 ， 只是因为这个差别很小 ， 人们相信是实验误差导致的 。
无论如何 ， 这个实验在科学史上有着重要的意义：它用科学实验和科学推理推翻了人们几千年来的信仰 。 然而 ， 我们能否从这个实验中得出一个结论：物体的下落速度与它的重量无关？
如果我们来考虑以下两个问题：
把两个铁球换成两个同样的气球 ， 一个不充气 ， 一个充上空气 ， 还从高处往下扔 ， 相信大家都能得出答案：不充气的那个先落地 。
把两个铁球换成两个大小不同 ， 但同样都用泡沫做成的球 ， 也从高处往下扔 ， 如果高度足够的话 ， 就会发现大的那个先落地 。
我们自然会问：伽利略错了吗？
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在我们简单地回答“错”或“对”之前 ， 让我们看看在落球的过程中会发生什么：空气中的物体会受到向下的重力和向上的空气浮力的影响 。 重力远大于空气浮力 ， 所以物体会从顶部坠落 。 当球移动时 ， 球表面旁边的空气分子层会一起移动 ， 而空气层旁边的其他空气分子“不希望自己的同胞被拐跑” ， 来自分子的力量会强行拉住这一层分子 。
但是空气分子的力量有限 ， 不但没把同胞拉住 ， 自己都被拐带着往前跑 。 它们往前跑 ， 与它们挨着的那层分子又来拉 ， 以此类推 ， 于是球周围的空气分子都程度不同地被球带着往下走 。 对球来说就是 ， 表面上有一个力在“拖它的后腿” 。 这个力就是我们通常说的“空气阻力” ， 或者“表面曳力” 。
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不难想象 ， 这个表面曳力跟球的大小和球运动的速度有关 。 球越大 ， 表面积越大 ， 这个力就越大 。 而球速越快 ， 对空气分子的拉力就越大 ， 同时卷入“挽留行动”的空气分子也就越多 ， 产生的表面曳力也越大 。 不同介质对实验结果也有影响 ， 上述实验若在水里进行 ， 结果的差别就更加明显 。 这种分子间的紧密程度 ， 用科学参数来形容 ， 就是粘度 。 水的粘度大约是空气的1000倍 。
在球不动的时候 ， 没有表面曳力 ， 球在重力的作用下往下落 ， 当球速越来越快 ， 受到的表面曳力就越来越大 。 开始 ， 重力占优势 ， 抗衡了表面曳力和浮力之后 ， 还能让球的下落速度加快 ， 所以球还是越来越快地下落 。 到最后 ， 表面曳力加上空气的浮力完全和重力抗衡 ， 球的运动达到了平衡 ， 不再加速了 。 这时候球的速度被称为“斯托克斯沉降速度” 。 所以 ， 哪个球先落地 。 取决于重力、浮力和表面曳力的综合作用 。
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对铁球来说 ， 铁的密度很大 ， 空气的浮力大约只有重力的几千到几万分之一 ， 完全可以忽略 。 至于表面曳力 ， 不同体积的球 ， 影响确实不一样 ， 但是从塔顶到地面的这个高度范围内 ， 表面曳力都远远小于重力 。 就像一个小孩子去拉一辆汽车和一个大人去拉一列火车一样 ， 不会有什么实质上的影响 。 所以在浮力和表面曳力都可以忽略的情况下 ， 两个球的落地过程就只受重力加速度的影响 ， 它们的重力加速度相同 ， 所以同时落地 。 如果我们把这两个铁球放在某种非常粘的液体中 ， 让它们的下落时间延长 ， 就会发现大球要比小球早些落地了 。
