关于自由落体的探讨

咸立德

——《自由运动论》在实际中的应用（10）

咸立德

(山东省曲阜市273100)

中图分类号：O56TN9文献标识码：A文章编号：1673-0992（2011）07-0000-02

摘要：当前主流理论对自由落体的认识是错误的。自由落体是具有相对性的。根据《自由运动论》的理论可知，质量相对大（同密度）、密度相对大的物体，运动速度相对慢，运动曲率相对大。所以，空气中的自由落体现象，实际上，是物体在做运动速度减慢、运动曲率增大（相对于空气）的运动。

关键词：自由落体，相对性，缓慢，速度，曲率，

ONTHEDISCUSSIONOFFREEFELL

Abstract：theMainstreamtheoriesofCurrentisWrong.FreeFallisarelative.accordingtothetheoryof《thetheoryofmovementoffree》,Qualityrelativelylarge(densityofthesame)andRelativelylargedensityobject,Movementisrelativelyslow,curvatureoftheMovementisrelativelylarge.Therefore,ObjectsintheairWiththefreefall,Actually,itisaMovement(Relativetotheair)ofrelativelyslowandcurvatureofrelativelylarge.

Keywords：Freefall，Relativity，slow，Speed，Curvature朗读显示对应的拉丁字

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引言：本文针对当前自由落体运动的理论认识提出了质疑，并且根据《自由运动论》和《地球空心论》的理论，分析论述了自由落体运动的实质。分析表明，同一高度的不同质量（同密度）的物体，由于运动曲率及速度的不同，在相对于空气的自由落体中，是不可能同时落地的，而且有质量大的物体先落地的规律。从而扭转了以伽利略为代表的主流理论的错误性认识。

一对当前主流理论的质疑

（一）主流观点的错误。所谓的主流观点，是指以伽利略为代表的、认为同一高度的不同物体会同时落地的观点。

伽利略在推翻亚里士多德的观点的逻辑中认为，按亚里士多德的观点，质量大的m1的下落速度v1比质量小的m2的下落速度v2大，那么，假设把两个物体绑在一起，变成质量更大的M时，从M＞m1的角度看，m1的速度应当是增大的，而从v1＞v2的角度看，m1的速度又是减小的，所以亚里士多德的观点具有矛盾性，是错误的。

本文认为，亚里士多德观点虽然具有矛盾性，但是这种矛盾性并不能证明就是错误的。因为，对于m1来说，由于m2的质量的增加导致速度的增大，与由于m2的速度小影响的速度的减小，不一定等效抵消的。

假设m1的速度是5，m2的速度是4，绑在一起后，m1的速度（也是M的速度）由于m2质量的增加，速度增加2，则m1的速度是7。同时由于m2速度的小的影响，速度减小1，则m1的实际速度是6。即对于m1来说，由于m2的加入，速度从5增加到6。

当然，以上数据是假设的，只是用数字形式是说明亚里士多德的观点虽然有矛盾，但并不像伽利略认为的那样是一种错误。

实际上，是伽利略误认为，出现矛盾就是错误，从而产生了必须具有同时性，才能解决矛盾的逻辑。

（二）主流理论的逻辑的错误性。既然伽利略产生了同时性的认识，就必须有解决同时性的逻辑推理。所以，伽利略认为，同一高度的不同物体，虽然所受重力不同，但是，不同的重力对不同的物体产生的速度变化率是等效的。所以，从理论上讲，两物体应当是绝对同时落地的。之所以在多次的实验中不同时，主要是空气阻力等因素导致的。

本文认为，既然向下的不同的重力对不同物体产生的速度变化率是相同的，完全可以用同样的逻辑认为，空气的阻力对不同物体产生的向上的速度的变化率也是相同的。也就是说，按伽利略的同样的逻辑，空气的阻力只能影响下落速度，不会影响下落的同时性。

由以上分析可知，伽利略推翻亚里士多德的观点的逻辑，以及解决同时性的等效原理的理论都是错误的。也就是说，所谓的实验中的误差是不同时性的实质性存在。

二．自由落体现象的实质

（一）自由落体的运动性质分析。

由以上对主流理论的质疑可知，既然空气等阻力不是影响同时性的因素，所以，本文认为，自由落体具有相对性。也就是说，密度大的物体的下落现象可以看作是相对于空气的自由落体运动。

至于现代科学上的自由落体定义中的真空的前提条件是具有主观的、理想性的，是不存在的。由《自由运动论》的理论可知，所谓的物质，是可视空间里的物质，真正意义上的真空属于不可视空间。所以，所谓的运动是指物质的运动，只能是具有相对性的运动。

由《自由运动论》的理论可知，物质的运动速度随着质量的增大而减小，运动曲率随着质量的增大而增大。由以下实验就可以证明。

实验：（一）器具：水一盆；大小与性质都不同的物体（质量不同、密度也不同）数个。

（二）步骤：把不同物体放入水中，然后把水随便按一个方向搅动，使水平稳的转动。

（三）观察结果：质量大、密度大的物体运动速度慢，而且在逐渐缩小的圆周运动中很快聚集到中心。而质量小、密度小的物体的情况相反。

（四）结论：质量相对大、密度相对大的物体的运动速度相对慢，运动曲率相对大。

所谓的物体是指密度大于空气的物体，所以物体脱离支撑点自由运动时，由于物体的质量大，运动曲率相对大，物体会向着原来高度的曲率以内的方向运动，如图1所示。

物体由于运动曲率的增大，相对于曲率没有变化的空气和地面（随地面也在运动的观察点），就显示为物体在下落。

也就是说，所谓的自由落体运动，实际上是物体在做曲率相对大的运动而已。

（二）自由落体现象的不同时性。

1．不同质量的物体下落的运动分析。如图1，所示，由于m1和m2随地球自转的周期是相同的，在自由落体运动中，假设不是地球挡住了运动，两物体就会以不同的轨道运动一周而自转一周的同时回到原来的位置。

由上一节分析可知，由于质量大的物体的运动曲率大，其运动轨道半径就小，在同样的周期中所走的路程就小，所以运动速度就小，实际上，这就是质量越大运动速度越小的根本原因。

2．不同时性的分析。由于m1＞m2，m1的运动曲率相对大，m1到达地面所走的路程S1要小于m2到达地面所走的路程S2，而m1和m2，到达地面所用的时间分别是：T1=S1/V1，T2=S2/V2。由于S1＜S2，V1＜V2。所以。很难比较两个物体落体的时间的大小。

如果在观察两物体的同时，也把同一高度的空气（相当于物体的体积）也要考虑在内的话，由于空气的密度小、质量小没落地，而是以原来的不变的曲率随地球运动到n1和n2的位置，如图1，可以认为其落地时间是无穷大。

假设把物体的密度逐渐减小，即质量逐渐减小，直至到空气的密度，两个物体也会像空气一样不落地。也就是说，物体会随着质量的减小会增大其落地时间，直至不落地的极限。所以，从这个规律可以看出，有T1＜T2的必然性。同时也说明了密度越大，落地时间越小的规律。

3．自由落体的加速现象分析。

（1）加速现象的相对性。由以上分析可知，质量大的物体之所以下落，是物体做速度相对小，曲率相对大的匀速圆周运动（实际上应当是椭圆运动）而已，为什么在观察中，物体是一种加速运动呢？如图2所示，把地面视为水平的，物体M由于质量增大，在自由落体中物体是以大于初始高度的空气的运动曲率运动的，所以这样的运动轨道就会和地面相交的，当物体运动到和地面的交点k点时，由于地面的观察点也几乎在同样的时间内随地球的自转运动到k点。

假设把地球上的观察点以平均时间划分成不同位置的观察点a-b-c-----k（初始时，观察点a处在物体的正下方）那么在不同的观察点所对应的物体的位置1-2-3-------9，由图可以看出，物体的位置在竖直方向上是不均匀的，即物体在竖直方向上的位移是逐渐增大的，结合图3分析，离开初始位置的落地过程中，观察点和匀速运动的物体所对应的位置并不垂直。而同等高度的空气，由于运动曲率没有变化，和地面观察点的运动是平行的，在不同的观察点上，水平方向上的位移是均匀的，竖直方向上的位移也没有变化。

由以上分析表明，之所以在观察中物体在竖直方向上是加速的，是因为物体的运动方向和地面的观察点的运动方向不平行的原因。所以，自由落体的加速现象是相对的，只是相对于也在运动的地面观察点而言的。

（2）加速现象的实质。既然加速是相对的，物体实际上是做曲率相对大的运动而已，而速度是要减小的，是指物体脱离初始高度后，物体的运动速度从初始高度的线速度（随地球自转而运动的线速度）减小到应有的运动速度。所以，物体所谓的自由落体的运动，实质上是一种减速运动。

三自由落体的整体分析

前面论述说，如果不是地球挡住了物体的运动，物体将会在和地球相等的自转周期内运动一周，回到原来的位置。如图3所示。O为地球中心，O1、O2分别为质量不同的m1和m2做圆周运动的圆心。

由图3可以看出，m1和m2在以相同的周期运动一周的过程中，前半个周期内相对于初始位置，质量大的m1是落后于m2的，后半个周期内情况相反。

由《地球空心论》的理论可知，地球的物质分布是有规律的。所谓自由落体的物质，是指大于空气的密度的固态物质，所以，固态物质的运动曲率应当是固态层的平均曲率，即是固态层的平均半径的曲率。所以，不论地面上，还是空气中的物体都有运动曲率要增大的本性，这种本性就是物体产生重力现象的根本愿因。

当物体的高度达到一定限度时，由于随地球自转的线速度的增大，运动曲率也会减小，以至于不会落到地面上，也就是说，物质的运动曲率不一定与质量有一成不变的关系，也是受运动速度的影响，即运动曲率随高度的增大而减小。这也是同步卫星需要足够高的根本原因。

结合第一节的分析，物体会随着质量增大而逐渐增大其运动曲率，以至于足够高的物体又会落到地面上。所以，从这个角度比较，也有质量大的物体先落地的必然性。这也表明同步卫星不只是高度的需要，质量也是影响正常运行的因素。如图4所示。

以上只是为了分析的简便，把物体的运动视为一个周期的匀速圆周运动而已。由二（二）3中的分析可知，自由落体运动实际上是一种椭圆运动，而且是一个逐渐缩小的椭圆运动，直至物体回到固态层，即回到物体应有的运动曲率的位置。如图5所示。

四结论

自由落体现象及其加速性质是具有相对性的；同一高度的不同物体是不可能同时落地的，而且是具有质量相对大的物体的落地时间小于质量相对小的落地时间的性质。

五结束语

本文暂且从逻辑上分析了主流理论的错误性。同时依据《自由运动论》的理论，重新具体论述了自由落体运动的实质。从而进一步证明了《自由运动论》的普适性。至于运用《自由运动论》的理论和《论极限概念的狭义性及其极端猜想》中的伴有理数的性质解决具体问题，那将是及其细致而繁重的任务。