速度，在这三者中是最难测量的，在伽利略的时代，并没有测量速度的仪器。运动距离最好测量，直接用尺子就可以测，测量长度用的尺子，几乎是人类最早使用的测量仪器，而且测得的结果也比较准确。时间，在伽利略的时代可以用水滴计时、脉搏计时、沙漏计时等方法来计量时间，比如，让水缓缓滴落，通过水滴的计数，来度量时间，或者测量脉搏跳动的次数，来计量时间，但这几种测时间的方法都只能得到一个大致的结果。通过刚才的分析，我们可以发现，速度、运动距离、时间三者当中，速度无法测量，下落距离可以准确测量，时间可以很粗略地测量。那么，伽利略就选取了下落距离和时间这两个量，来探究这二者之间的关系。
因为时间只能粗略地测量，而自由落体运动又很快，就像让一块橡皮从桌子上落下，掉到地上经历的这段时间可能脉搏才跳了一下，这样做，测量误差就会很大，谁也说不清楚这到底是经历了一下脉搏，还是两下。那么，伽利略要想用简陋的计时条件来测量自由落体运动的时间，就必须设计更精巧的实验。伽利略的策略可谓天才——他测量了一个“被冲淡的自由落体运动”。
伽利略没有让铜球做自由落体运动，而是巧妙地让铜球从斜面上滚下来，来测量时间和运动路程。这时候，斜面上铜球的下落被看作一个冲淡的自由落体运动。毕竟斜面上的下落没有直接自由落体那么快，以至于时间间隔还是可以测量的。伽利略重复做了很多组斜面实验，换用不同的斜面倾斜角，发现不论以怎样的倾斜角，铜球的运动距离都和时间的平方成正比。
实体的实验到此为止，然而伽利略的思维实验并没有停下。他假设，自由落体运动，相当于是斜面倾斜角为90°的一种斜面下落，既然实验中，每个倾斜角都满足运动距离和时间的平方成正比，那么，当斜面倾斜角是90°的时候，也应该满足这一关系。
终于，伽利略通过实体实验与思维实验相结合的方式，完成了自由落体运动规律的探究，并推翻了亚里士多德延续了2000年的结论，他所采用的科学实验方法与研究思路，也开创了科学进步的新纪元。
力与运动的关系
上一次，伽利略通过精巧的实验推翻了亚里士多德关于自由落体的结论，这一次，伽利略将再次使用斜面和铜球，做一个精巧的实验，为人类的科学史，带来一次更重大的革命。
在生活中，我们经常见到这样的现象：用脚踢足球，过一会儿，足球就会停下；如果一直推着纸箱，纸箱就会一直向前运动，但是如果不再推它，纸箱滑行一段距离就停下。因此，亚里士多德根据这种朴素的观察总结出：力是维持物体运动的原因。他认为，如果要让物体持续运动，必须一直给物体施力，一旦停止施力，就无法维持物体继续运动下去。
伽利略并不认同这一观点，他观察到物体在较为粗糙的地面上，滑动的距离较近，但是在比较光滑的冰面上，滑动的比较远。所以他认为：力并不是维持物体运动的原因。假如他能找到一个绝对光滑的冰面，那么物体就不需要外力推动，可以一直滑动下去。现实中不可能存在这样极度光滑的地方，因此，伽利略再次利用斜面，设计了一个实验：
他把两个斜面的底部拼起来，然后把一个铜球从一个斜面上某个位置自由释放，然后，他发现铜球会到达另一个斜面上跟释放点差不多的一个高度。不论他怎么调节另一斜面的倾斜角，情况都如此。
斜面实验，球从左侧斜面滚落，不断调整右侧斜面的倾斜角。
接着，伽利略再次利用了“思想实验”。他思考：如果对面斜面的倾斜角为零，即一个斜面后面接一个平面，这个铜球将永远也无法达到它释放的高度，它将永远运动下去！也就是说，物体如果一开始就在运动，那么在不受力的情况下，将一直运动下去。
伽利略再一次推翻了延续了2000多年的理论，并且，伽利略的这一实验，之后由牛顿进一步总结成牛顿第一定律，开启了人类科学的一个崭新时代。
