比萨斜塔不倒之谜？

比萨斜塔不倒之谜

比萨斜塔坐落在意大利古城比萨大教堂的广场上，1173年建筑师博纳诺·皮萨诺开始建造。当建到第3层时，塔身开始倾斜，博纳诺·皮萨诺只得把工程停了下来。94年后，建筑师焦旺尼·迪·西蒙内恢复建塔，他试图将倾斜的塔身调直，可是没有成功。由于迪·西蒙内死于1284年的战争中，建塔工程再度搁置。直到1350年，该塔才由建筑师托马索·皮萨诺最后完成。竣工时，因塔顶中心点已偏离垂直中心线2.1米，所以被人们称为“斜塔”。600多年来，塔身继续缓慢地向南倾斜。据自1911年以来的系统测量表明，它平均每年向南倾斜大约1毫米。如今，塔顶已南斜5.3米，斜度为5度6分。

　　塔身为什么倾斜？根据地下钻探的土样，已查明塔基下面地表至10米深度是混砂层，由10米至40米是含很多结合水的粘土层，再往下是含自由水的砂层。这层粘土层在建筑物的压力作用下，部分结合水就会被挤出来，跑到下面的砂层中去，造成粘土层的压缩和沉降，使塔倾斜。当下面砂层自由水被人为地抽汲而造成压力下降时，这种粘土层的压缩和沉降还会大大地加速，引起斜塔的倾斜速度加快。据测定，在从砂层中抽汲地下水的时期，斜塔的倾斜速度曾增至每年2毫米，比以前加快了约一倍。后来，人们发现了这个问题，停止抽汲砂层中的地下水，斜塔的倾斜速度才恢复原来的数值。这座塔为什么向南倾斜？据比萨大学一位老教授的解释说，可能是太阳的影响。因为意大利是在北半球，南面的大理石受日照强，热胀冷缩产生的力对下面的土层起着不间断的冲击作用，所以向南倾斜。另外，斜塔是在比萨城北部，原来城内蒙林取地下水的位置在它南面，南部地面沉降也可能造成塔身加速南倾。

　　眼下，塔顶中心点偏离垂直中心线已近5米。不过，按照目前的倾斜速度，比萨斜塔在未来的200年内还不会倒塌。这是因为从它的重心引下的竖直线并没有越出它的底面的缘故。

2. 比萨斜塔上创造的奇迹

传说在1590年，年仅26岁的伽利略在比萨斜塔上进行了落体实验。他特意邀请了一些大学教授来观看，许多人也闻讯前来围观。

　　只见伽利略身带两个铁球，一个重45.4公斤（100磅），一个重0.454公斤（1磅），像出征的战士一样，威武地登上塔顶。当他向人们宣布，这一大一小的两个铁球同时下落，将会同时着地的时候，塔下面的人像开了锅似的议论开了：“难道亚里士多德真错了？这是绝对不可能的！”“这家伙准是疯了！”……

　　伽利略听到这些议论和讥笑，坦然自若，他胸有成竹地大声说：“先生们，别忙着下结论，还是让事实出来说话吧！”说完，他伸开双手，使两个铁球同时从塔上落下来，只见它们平行下落，越落越快，最后“啪”的一声，同时落地。面对无可辩驳的实验事实，那些亚里士多德的忠实信徒，一个个瞠目结舌，不知所措，只好灰溜溜地走开了。比萨斜塔实验不但推翻了古代权威的错误学说，结束了它对学术界近两千年的统治，而且开创了近代科学实验的新纪元。

　　今天，懂一点物理学的人都知道，轻重、大小不同的物体，从同一高度同时自由落下，要是没有空气阻力，它们必定同时着地。但是，在16世纪以前，人们都相信古希腊的权威亚里士多德的学说。他认为：物体下落的快慢是由物体的重量决定的，物体越重下落越快，比如10公斤重的物体下落，要比1公斤重的物体快9倍。在那个时候，教科书上是这样写的，大学教授也是这样讲的。

　　不过，还是有人怀疑，伽利略就是其中最著名的一位。他经过认真思考，反复实验，确认“物体越重，下落越快”的学说是错误的。要知道，当时在欧洲人的眼里，除了上帝，只有亚里士多德是绝对正确的。谁胆敢反对他，说他的不是，那是大逆不道。勇敢的伽利略坚持真理，义无反顾，决定当众实验，公开向古代权威挑战。

　　也许少年朋友会说，要是伽利略在斜塔上同时放下一个纸球和一个铁球，那么一定是铁球先落地。的确是这样的。当纸球还在空中飘荡的时候，铁球已着地了。这是不是亚里士多德的学说是正确的呢？

　　亚里士多德很可能正是从这类现象中得出结论的，但是他被假象迷惑了。事实上，物体在空气中下落，都要受到空气阻力。纸球轻，空气阻力的影响大，不可忽略；铁球重，空气阻力的影响小，可以忽略。如果在真空中进行纸球和铁球同时下落的实验，排除了空气阻力的影响，它们是一定会同时落地的。

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