蘋果從樹上掉下來是什麼運動現象（一個蘋果以自由落體運動掉下來）

2023-07-29 04:01:31 2

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關於這個問題，首先我的答案是肯定的。如果是自由落體（不考慮空氣阻力）掉落，速度毫無疑問越來越快。但是在現實世界中空氣阻力是不可能忽略掉的，因此速度最終會達到一個終端速度。本文會從以下幾個方面對此題目進行闡述與擴展：

1. 自由落體的物理學定義

2. 高中知識-打點計時器的相關介紹與計算

3. 自由落體的物理學研究發展歷程—包含物理學家的觀點及介紹

話不多少，我們開始今天的介紹。

一、自由落體的物理學定義與物理學定律

筆者學習自由落體運動還是在高中的時候，相信大部分讀者接觸這個名詞也是在高中的時候。自由落體，顧名思義，值得是物體只在重力作用下，由靜止開始的運動，叫做自由落體運動。該運動需要同時滿足兩個條件：1.只受到重力（忽略空氣阻力）；2.初速度為零。自由落體運動是一種理想化的物理模型，因為其忽略掉了空氣的阻力。

舉一個最簡單的例子，用手握住鐵球，不施加任何外力的情況下輕輕鬆開手使其掉落，該運動模型可視為自由落體運動。

跳傘初期可視為自由落體運動

自由落體存在以下幾點含義：

1. 物體運動初始速度必須為0，若該初速度不為零則只能算作勻加速運動。

2. 只受重力作用，不受其他作用力（或外力的合力為零）。

3. 在真空狀態下，例如真空管中，任何物體在相同高度做自由落體，下落時間相同。

二、高中知識-打點計時器的相關介紹與計算

高中時我們曾經用打點計時器學習過自由落體相關的知識，下面我們來簡要的回憶下。

打點計時器的介紹

打點計時器是利用交流電源進行計時測量的儀器，主要可以通過記錄時間與位移之間的關係來探究勻變速直線運動加速度的求解方法-。通常來說。打點計時器的打點周期是0.02S，這也就意味著紙袋運動時，相鄰之間點的時間差為0.02S。

打點計時器的介紹

那麼如果運動是勻速直線運動時（即加速度為0的情況下），打點計時器所打出的紙帶都是等間距的，我們可以通過測量點的間距來檢測運動是否為勻速直線運動。

如果運動是勻加速直線運動（例如自由落體），那紙袋上的點距離是逐漸加大的，且通過計算可以得出變量。通過計算，我們也可以得出結論，檢測物體時勻加速直線運動還是非勻變速直線運動。

V-T圖

如同所示該圖像表示的是某物體做勻變速直線運動，每一小段的矩形的底為T，相鄰兩個T的路程差，為兩個梯形面積差，顯然等於一個矩形。該矩形的底為T，高度h=Ta(斜率)，面積是aT2，所以△s=aT2.

三、 自由落體的物理學研究發展歷程—包含物理學家的觀點及介紹

在很久以前，人們的日常經驗大概會告訴他們，重的物體總是會降落的比較快，比如同一高度的蘋果和樹葉，比如1塊鐵和1根羽毛，一定是蘋果和鐵塊率先落地。因此在16世紀以前的世界，物體下落的快慢由重力決定，物體越重下落的越快是毫無疑問的。

如圖為亞里斯多德。

亞里斯多德

但是這一切都在16世紀戛然而止，義大利比薩大學的青年學者伽利略對此提出了質疑，他在1638年出版的《兩種新科學的對話》中做出了如下評論，僅僅通過理論上的前後矛盾就使當時的物理學界震驚。

假定現在存在兩塊石頭，一塊大石頭和一塊小石頭，如果按照以前的想法，大石頭的降落速度肯定是要快於小石頭的，那如果將兩塊石頭綁在一起，按照理論，大石頭會被小石頭拖著而速度減慢，致使整個系統的速度應該小於單獨大石頭降落的速度。可是另一方面，整個系統的重量又大於單獨的大石頭，那降落速度又應該大於大石頭，這豈不是自相矛盾嗎？