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1589年他受聘担任比萨大学新增设的数学讲座教授，主要讲授数学和天文学，课余仍热衷於研究有关运动的问题。他研究的中心问题是在重力作用下落体的运动，对亚里士多德的落体定律和运动原因的理论提出质疑。亚里士多德的落体运动理论可以概括为两点：一是落体的速度与其重量成正比；二是落体的速度与其所通过的介质的密度成反比。伽利略直言不讳地对此提出批评，认为是胡说八道。他非常尊敬阿基米德，深受"浮力原理"的影响，企图以阿基米德的理论来探讨落体运动的规律，提出了物体下落的速度与它的密度成正比；在水中或空气中下落时，则下落速度与物体和介质间的密度差成正比。他的这一假设，反映在1590年他所撰写的长篇论文《论运动》中。与伽利略同时代，并对伽利略有过很大影响的威尼斯的数学家贝尼德蒂(Giovanni Battista Benedetti,1530~1590)是帕多瓦大学著名的冲力说者。他在1585年出版的《力学论》中，批判了亚里士多德的落体运动理论。他提出，在真空中山同一材料组成的大小不同的物体，在同一时间内下落的距离相同，即它们的末速度应相同。这与亚里士多德的落体速度与其重量成正比的结论完全不同。为了论证这一点，他运用逻辑推理的方法驳斥了亚里士多德的论点：一个重的物体与一个轻的物体缚在一起，让它们下落，按亚里士多德的理论，重物下落快，轻物下落慢，重物受轻物牵制，它们一起下落的速度必定介於它们各自下落时的速度之间；另一方面，两物缚在一起的重量应比重物还重，所以它们下落速度比它们任何一个的速度都大。由此可见，亚里士多德的落体运动理论是自相矛盾和经不起推敲的。贝尼德蒂的这个简洁而有说服力的推理，在一些介绍伽利略发现落体定律的文章中，常被错误地说成是伽利略首先提出的理想实验，这实在是一个误传。荷兰的科学史教授E.J·狄克斯特霍伊斯(E.J.Dijksterhuis,1892~)在他与R.J·弗伯斯(R.J·Forbes,l900~)合著的《科学技术史》中郑重提出了这一点。