自由落體 (Free Falling Body)

自由落體 (Free Falling Body)
台北市立第一女子高級中學黃韻心/台北市立第一女子高級中學黃克雄老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

自由落體是指物體在最初(計時開始時)相對釋放者為靜止之落體運動。就廣義而言，自由落體為在僅受該星球之重力作用下的落體運動因此斜向拋射也可視為廣義的自由落體運動。

伽利略以前，便有許多學者根據自身所觀察的現象對落體做解釋。亞里斯多德在所著之《De Caelo》中，即闡述其對於落體的想法，當時僅是些關於定性與現象的文字描述(事實上，這些想法也將被後來伽利略等科學家所推翻)。

在十四世紀時，薩克森的艾伯特曾提出「物體的速率與下落的距離成正比」的概念，另一位當時的學者N.奧雷姆則主張「物體速率正比於下落所花費的時間」以及「下落的距離與下落所花費時間的平方成正比」等觀念。

而於十五世紀時，達文西也曾提出過類似關於落體的理論，根據他的論點，認為「物體對於相等而相繼的時間間隔中，其所落下 的距離與序數成正比」。

事實上，伽利略並非如傳說中般，在比薩斜塔公開做了落體實驗而得正確的落體定律，而是經過一段段曲折艱辛的過程。並且早在 1586 年荷蘭的學者西蒙．史蒂芬 (Simon Steven)即做過落體實驗，並於其《論力學》中寫道對於輕重兩球似乎是同時落地的猜測。

至於伽利略則在 1638 年出版的《兩種新科學的對話》中，詳述 了他的落體定律。由於當時自由落體的運動過程太快，導致歷時短而無法準確地進行實際測量，因此為驗證假設，伽利略進行了斜面實驗。他使用水鐘來為滾下的小 球計時，進而發現不論斜面之陡平與否，物體皆具有「下落距離與經歷時間成平方反比」的性質，因此伽利略推論：當斜面為豎直時，仍具有相同之性質。

實際上這個比值即為重力加速度的量值，至於最先得出此一近似值（$$9.8~m/s^2$$）的並非伽利略，而是荷蘭物理學家、數學家惠更斯(Christiaan Huygens)。

不論如何，物理學即是在複雜的真實世界中，企圖去解釋事物的道理；真正較好的自由落體定律即是能較精確表述物體運動的定律。 

參考資料:
http://en.wikipedia.org/wiki/Free_fall