2。1 亚里士多德的自由落体运动论
古代的学者们认为,物体下落的快慢是根据它们的重量大小决定的,物体越重,其下落得越快。公元前4世纪,希腊哲学家亚里士多德最早论述了这种观点。
亚里士多德是希腊哲学的集大成者,被人们称为百科全书式学者,其基本的哲学思想几乎涵盖了自然科学的各个领域。他把万物看成是由四种元素——土、水、空气以及火组成,气和火由于其轻的本性向上运动达到其自然位置——月球,土和水由于其重的本性向下运动达到其自然位置——地心。重物体中重元素占优势,因此就下落,一个物体自然向下的运动必定取决于它包含的重元素的多少,所含的重元素越多,下落就越快。1换句话说,物体愈重,下落愈快。
亚里士多德的这种不正确的观点,来源于对自然感性观察的推理,且没有经过实验验证。可是因为他的理论和人们日常所观察到的一些现象基本吻合,并且他的理论属于当时一个包括神学和其他领域在内的重要的哲学体系中的一部分,被人们敬为圣贤之言,不可触犯,所以亚里士多德的思想便成了概括一切现象的百科全书。是以对他的落体运动论的质疑,不仅仅是一个具体的物理问题,而是一个涉及自然哲学根本的大问题。所以,后世许许多多的科学家大都不敢轻易摒弃他的世界观,因此也就没能修正他的错误。
2。2 卢克莱修的自由落体运动论
生活在公元前99~前55年的卢克莱修撰写了《物性论》,其中对落体运动进行了详尽的描述,他指出平常物体之所以下落速度存在差异,并非如亚里士多德所说的那样,是由于物体的重量存在差异,而是由于介质对它们的阻力不同。“因为任何在水中落下的东西,或任何在稀薄空气中落下的东西,其所以都按各自的重量而以不同的速度落下,乃是由于水和稀薄空气这两者物体绝不能相等地延阻每一物,而是对较重的东西就让开得更快”2在真空中,“每样东西虽然重量不相等。却必定以同等的速度冲下,通过静寂的虚空在运动。”2即在真空中所有物体的下落速度是相等的,这种看法后来成为伽利略建立落体定律的基础。论文网
2。3 达·芬奇的自由落体运动论
生活在1452~1519年的达·芬奇对于落体运动的认识,依然没能脱离亚里士多德的影响。他也赞同亚里士多德所说的物体自由下落是由其自然运动的本性引起的,但是达·芬奇通过一系列巧妙的实验观察以及理论揣测,取得了一些重要的认识成果。首先,他指出,“每个自然运动以最短的途径发生,这就是为什么自由下落的物体沿直线向世界中心运动,因为它是运动物体和宇宙最低处之间最短的距离。”4显然,达·芬奇已经明确认识到自由落体运动的轨迹是直线。其次,关于自由落体运动中,对于不同时间内物体的速率存在差异的问题,达·芬奇作了精彩的叙述,“自由下落的重物在每个下落的阶段会获得一定的速度”; 3接着他试图定量化,“在密度均匀的空气中下落的重物,在每段时间内获得的运动量要比前段时间更大,比前段时间运动得更快·····这表明一段时间相对另一段时间无论成什么比例,物体在运动量上和快慢程度上(速度)成相同的比例。”3于是,他就得出了自由落体运动的速度随时间成比例增加的结论。
从他关于落体运动研究的阐述中我们还可以看到,他突破了亚里士多德以地心为参考点,关于物体越接近宇宙中心速度越快的见解,而是以物体下落的起始点作为参考点来考察其速度变化。虽然达·芬奇并没有推翻亚里士多德关于物体越重,下落越快的不正确观点,但还是使人们开始不断怀疑亚里士多德的某些学说,促使对人们自然运动的了解程度逐渐加深,最终导致物理学研究的真正开端人物伽利略的出现。