1.1托里拆利實(shí)驗(yàn)
托里拆利堅(jiān)決贊成伽利略關(guān)于空氣有重量和真空存在的說(shuō)法。當(dāng)時(shí)的真空實(shí)驗(yàn)都是采用水作為液體。要顯示10米左右的火柱,就得制做10多米長(zhǎng)的管子,操作上去十分不便捷。托里拆利決定加以改進(jìn),采用密度較大的液體,最后他選擇了水銀,這樣就只須要用1米長(zhǎng)的管子。
1643年6月,托里拆利將一根寬度為1米的玻璃管灌滿水銀,之后用右手頂住管口,確保管內(nèi)沒(méi)有空氣,接著將其垂直倒插進(jìn)裝有水銀的水銀槽里,放開(kāi)手腕后,可見(jiàn)玻璃管內(nèi)部頂上的水銀已下落,留出了空間,玻璃管內(nèi)下邊的部份則仍飽含水銀。他進(jìn)一步檢測(cè)了水銀柱的高度。無(wú)論管子垂直還是略有傾斜,水銀柱的垂直高度總是保持不變,在76分米左右,相當(dāng)于10.3米高的火柱。而當(dāng)玻璃管子過(guò)分傾斜,致使管子垂直高度大于76分米時(shí),水銀又會(huì)灌滿管子。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)清晰地表明,大氣壓力確實(shí)存在,水銀柱是被管外水銀面上的空氣重量所形成的壓力托住的。玻璃管內(nèi),水銀柱以上的部份確實(shí)是真空。
因?yàn)橥欣锊鹄膶?shí)驗(yàn)是對(duì)亞里士多德熱學(xué)的致命嚴(yán)打,有些人不能接受,妄圖否定托里拆利的研究成果。這場(chǎng)新的爭(zhēng)辯造成了遠(yuǎn)在美國(guó)的一位校長(zhǎng)的關(guān)注。
亞里士多德說(shuō)“自然界憎恨真空”,覺(jué)得空氣沒(méi)有重量,自然界不存在真空。伽利略對(duì)此表示懷疑,他覺(jué)得空氣有重量。伽利略的中學(xué)生兼助手托里拆利于1643年借助水銀進(jìn)行實(shí)驗(yàn),有利地證明真空是存在的,大氣壓力也是存在的。并且亞里士多德的觀點(diǎn)根深蒂固,有人提出:托里拆利實(shí)驗(yàn)中的“真空”其實(shí)是“純凈的空氣”。
1.2馬德堡半球?qū)嶒?yàn)
1654年,西班牙馬德堡區(qū)長(zhǎng)格里克據(jù)說(shuō)還有許多人不相信大氣浮力,甚至有少數(shù)人還在指責(zé)托里拆利,很為托里拆利抱不平,決心要設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)當(dāng)街演示。
馬德堡半球?qū)嶒?yàn)
他先和助手做了2個(gè)銅質(zhì)半球,半徑14英寸,約37分米。在半球殼中間墊上橡皮圈,再把兩個(gè)半球殼灌滿水后合在一起,之后用自己發(fā)明的活塞式真空泵把水全部抽出,使球內(nèi)形成真空。最后,把氣嘴上的龍頭旋緊封閉。這時(shí),周圍的大氣把兩個(gè)半球緊緊地壓在一起。
八個(gè)馬夫小聲吆喝,揮鞭催馬,16匹大馬分別往兩側(cè)用力拉,兩個(gè)銅制半球才勉強(qiáng)被拉開(kāi)。兩個(gè)半球分開(kāi)的一霎那間,外部的空氣以巨大的力量、極快的速率沖進(jìn)球內(nèi),發(fā)出了震耳欲聾的炸雷。
人群紛紛遮住眼睛,隨即爆發(fā)出驚訝聲和歡呼聲。格里克抬起這兩個(gè)重重的半球自豪地向你們高聲宣告:“先生們!男士們!居民們!大家該相信了吧!大氣浮力不但存在,并且是這樣厲害,這樣驚人!”
這就是知名的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)。
可以從2個(gè)不同角度解釋為何有大氣浮力。一方面,由于受月球吸引,空氣是有重量的。撇開(kāi)空氣流動(dòng)等影響誘因,大氣浮力可以近似覺(jué)得是單位面積正上方延展到大氣下界的垂直氣柱的空氣重量總和。大氣層有多高,這個(gè)空氣柱就有多高。另外,也可以從分子運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)解釋。二氧化碳是由大量的做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子組成,而這種分子持續(xù)碰撞的結(jié)果就彰顯為大氣對(duì)物體表面的壓力,因而產(chǎn)生大氣壓。
人體內(nèi)部同樣也存在大氣壓。正常情況下,人體內(nèi)外大氣壓所形成的浮力相等,所以人不會(huì)被壓扁。另外,經(jīng)過(guò)常年的進(jìn)化,人類也早就適應(yīng)了這些情況。
順便提一下,我們可以用阿基米德的公式估算大氣層的重量。
阿基米德提出了估算圓球積和球表面積的公式。球的表面積公式為
S=4πr2
公式告訴我們,月球的表面積等于4個(gè)大圓的面積。r=月球直徑。算出月球的表面積,就才能算出大氣層的重量。用月球的表面積除以高度76分米,就得到一個(gè)體積,這個(gè)體積的水銀的重量,就是大氣層的重量。
2.真空意味著沒(méi)有空氣阻力
人類難以在真空中生活,我們對(duì)真空的認(rèn)識(shí)還很做作。若果沒(méi)有空氣阻力,我們可以看見(jiàn)一個(gè)不同的世界。
空氣,看不見(jiàn)摸不著,它是由無(wú)味、透明的多種物質(zhì)分子組成的。當(dāng)氣溫為20℃時(shí),在一個(gè)大氣壓的情況下,每升空氣的重量是1.29克。另外,空氣還有一定的密度,離地面越低,密度越大。空氣的重量和密度,對(duì)運(yùn)動(dòng)的物感受形成阻力。
空氣阻力,看上去好像不怎樣大,雖然它比重力對(duì)彈頭的影響大得多(大83倍)伽利略自由落體實(shí)驗(yàn),尤其是對(duì)重量輕、運(yùn)動(dòng)速率快的物體,阻力非常大。53式重機(jī)關(guān)槍,在空氣中用15°角發(fā)射,彈頭飛行距離約為3,900米。假如用同樣角度在真空中發(fā)射,這么彈頭比在氣中飛行的距離要大8倍以上。
2.1不存在的漢堡斜塔實(shí)驗(yàn)
亞里士多德從生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā),提出了力是物體維持運(yùn)動(dòng)的緣由、重的物體比輕的物體下落更快等等論斷。我們?nèi)匀挥X(jué)得亞里士多德是正確的,直至伽利略的出現(xiàn)。
伽利略用思想實(shí)驗(yàn)反駁了重的物體比輕的物體下落更快的論斷。
對(duì)自由落體最先研究的是古埃及的科學(xué)家亞里斯多德,他提出:物體下落的快慢是由物體本身的重量決定的,物體越重,下落得越快;反之,則下落得越慢。亞里斯多德的理論影響了其后兩千多年的人。直至化學(xué)學(xué)家伽利略提出了相反的意見(jiàn)。伽利略在1636年的《兩種新科學(xué)的對(duì)話》中寫道:倘若根據(jù)亞里士多德的理論,假定有兩塊石頭,大的重量為8,小的為4,則大的下落速率為8,小的下落速率為4,當(dāng)兩塊石頭被綁在一起的時(shí)侯,下落快的會(huì)由于慢的而被拖慢。所以整個(gè)體系和下落速率在4-8之間。并且,兩塊綁在一起的石頭的整體重量為12,下落速率也就應(yīng)當(dāng)小于8,這就深陷了一個(gè)自相矛盾的境界。伽利略由此推測(cè)物體下落的速率應(yīng)當(dāng)不是由其重量決定的。他在書中構(gòu)想,自由落體運(yùn)動(dòng)的速率是勻速變化的。
自由落體運(yùn)動(dòng)定理
高中數(shù)學(xué)課本提及的漢堡斜塔實(shí)驗(yàn)是不存在的。
高中數(shù)學(xué)課本中的漢堡斜塔實(shí)驗(yàn)
漢堡斜塔坐落加拿大普羅旺斯大區(qū)比薩省漢堡市市區(qū)北邊奇跡廣場(chǎng)建筑群,但是它和相鄰的大修道院、洗禮堂、墓園均對(duì)11世紀(jì)至14世紀(jì)歐洲建筑藝術(shù)有巨大影響,故被聯(lián)合國(guó)教育科學(xué)文化組織評(píng)比為世界遺產(chǎn)。
漢堡大修道院和漢堡斜塔
漢堡斜塔是漢堡城大修道院的獨(dú)立式鐘樓,坐落漢堡大修道院的旁邊,是奇跡廣場(chǎng)三大建筑之一,始建于1173年,設(shè)計(jì)為垂直建造,并且在工程開(kāi)始后不久便因?yàn)榈鼗痪鶆蚝偷貙铀纱喽鴥A斜,1372年竣工,塔身傾斜向東南。
漢堡斜塔從地基到塔頂高58.36米,從地面到塔頂高55米,鐘樓外墻在地面上的長(zhǎng)度是5.09米,在塔頂寬2.48米,總重約14453噸,重心在地基上方22.6米處。方形地基面積為285平方米,對(duì)地面的平均浮力為497千帕。目前的傾斜約10%,即5.5度,偏離地基外緣2.3米,頂樓突出4.5米。
傳說(shuō)中的漢堡斜塔實(shí)驗(yàn)
為何說(shuō)伽利略的漢堡斜塔實(shí)驗(yàn)不存在呢?
傳說(shuō)1590年,出生在漢堡城的美國(guó)化學(xué)學(xué)家伽利略,曾在漢堡斜塔上做自由落體實(shí)驗(yàn),將兩個(gè)重量不同的圓球從相同的高度同時(shí)扔下,結(jié)果兩個(gè)標(biāo)槍同時(shí)落地,由此發(fā)覺(jué)了自由落體定理,推翻了此前亞里士多德覺(jué)得的重的物感受先抵達(dá)地面,落體的速率同它的質(zhì)量成反比的觀點(diǎn)。
伽利略在漢堡斜塔做自由落體實(shí)驗(yàn)的故事,記載在他的中學(xué)生維維安尼(,1622年—1703年)在1654年寫的《伽利略生平的歷史故事》(1717年出版)一書中,但伽利略、比薩學(xué)院和同時(shí)代的其他人都沒(méi)有關(guān)于此次實(shí)驗(yàn)的記載。
最重要的緣由是這個(gè)實(shí)驗(yàn)不能得出任何推論。由于重力加速度太快了,所以伽利略用他無(wú)與倫比的天才設(shè)計(jì)出了斜面實(shí)驗(yàn),緩解小球下落的速率,能夠總結(jié)出自由落體運(yùn)動(dòng)定理。
有歷史記載的第一個(gè)完成這類試驗(yàn)的人是斯臺(tái)文,在《自然科學(xué)史》中記載,西班牙人斯臺(tái)文在1586年使用2個(gè)重量不同的標(biāo)槍完成了這個(gè)試驗(yàn),并證明了亞里士多德的理論是錯(cuò)誤的。
在斯臺(tái)文試驗(yàn)的幾個(gè)世紀(jì)之后,阿波羅15號(hào)的宇航員大衛(wèi)·斯科特1971年8月2日在無(wú)空氣地球表面上使用一把錘子和一根羽毛重復(fù)了這個(gè)試驗(yàn),證明且讓月球上的電視聽(tīng)眾親眼見(jiàn)到了兩個(gè)物體同時(shí)掉落在地球表面上。他喊到:“你們曉得嗎?伽利略先生是正確的。”
可見(jiàn),這個(gè)實(shí)驗(yàn)是正確的。不過(guò)有一批科學(xué)家覺(jué)得,這個(gè)實(shí)驗(yàn)只能是個(gè)理想實(shí)驗(yàn),哪怕你在漢堡斜塔真的這樣做了,你覺(jué)得是同時(shí)落地,其實(shí)只是兩個(gè)球落地的時(shí)間差太小伽利略自由落體實(shí)驗(yàn),不足以讓人們辨別下來(lái)。所以,有人說(shuō)做下來(lái)的漢堡斜塔實(shí)驗(yàn)似乎在誤導(dǎo)人。
2.2伽利略斜面實(shí)驗(yàn)
1581年,17歲的伽利略步入了漢堡學(xué)院,作為一名醫(yī)學(xué)生開(kāi)始了自己的學(xué)院生涯。
……
而在老師眼里,集翹課、善辯與耍小聰明責(zé)難院士于一身的伽利略無(wú)疑是“壞中學(xué)生”的典型。歷史處處蘊(yùn)涵著奇妙的辨證法:“好中學(xué)生”在舊秩序中出類拔萃,“壞中學(xué)生”要奠定新秩序來(lái)出類拔萃,而新的秩序調(diào)教出一批新的“好中學(xué)生”并等待著新秩序下的“壞中學(xué)生”來(lái)埋葬自己。批量生產(chǎn)的“好中學(xué)生”至多能承當(dāng)書寫或謄抄歷史的任務(wù),而不世出的“壞中學(xué)生”才是歷史的開(kāi)創(chuàng)者與引路人。
歸謬法
……對(duì)同一事物,互相矛盾的陳述不能同時(shí)為真,互相反對(duì)的命題也是這么……
——亞里士多德《形而念書》
與哥白尼、第谷、開(kāi)普勒甚至阿奎那、布魯諾一樣,伽利略在神大學(xué)(學(xué)院)接受了系統(tǒng)的中世紀(jì)經(jīng)院教育,以溯源到畢達(dá)哥拉斯和柏拉圖的“自由七藝”為主要內(nèi)容,包括“三門”(句型、修辭、邏輯)和“四科”(算術(shù)、幾何、音律、天文)。天主教旗幟下的“七藝”傳承的是一種古埃及哲學(xué)家和古羅馬法學(xué)家的思索模式,這些思索模式在亞里士多德、阿奎那和伽利略之間連締結(jié)一條隱秘的紐帶。
……由靜止開(kāi)始的勻加速直線運(yùn)動(dòng)——“天然的加速運(yùn)動(dòng)”,物體開(kāi)始下落計(jì)時(shí)后某一時(shí)刻的速率與時(shí)間成反比(任意相等時(shí)間間隔內(nèi)速率的增量都相等),比列系數(shù)被定義為“加速度”,且這段時(shí)間內(nèi),運(yùn)動(dòng)的平均速率為末速率的一半。對(duì)該推論的證明延續(xù)了古埃及的幾何學(xué)傳統(tǒng),實(shí)質(zhì)上早已奠定了后世解析幾何與微積分手段的雛型。
這套幾何描述的一個(gè)自然而然的推論:由靜止開(kāi)始的勻加速直線運(yùn)動(dòng),從出發(fā)點(diǎn)計(jì)時(shí)到任意位置的距離反比于時(shí)間的平方——如果這個(gè)勻加速運(yùn)動(dòng)是自由落體,這么這就是所謂“自由落體定理”。它還有一個(gè)在經(jīng)驗(yàn)世界可供檢驗(yàn)的結(jié)論:從靜止開(kāi)始,任意相鄰相等時(shí)間間隔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)距離之比為1:3:5:7:9……恰好構(gòu)成一個(gè)質(zhì)數(shù)列——這是一個(gè)畢達(dá)哥拉斯式的發(fā)覺(jué)。
……
伽利頗有著真正意義上的“比薩斜塔”——一個(gè)帶槽的木制斜面,登場(chǎng)了……
取大概12肘①長(zhǎng)、半肘寬、三指厚的一塊木頭模板或余料,在里面挖一條比一指略寬的槽,使之特別筆直、平坦和光滑,給它墊上盡可能平坦和光滑的牛皮紙,我們槽釋放一個(gè)堅(jiān)硬、光滑且十分圓的銅球。將這個(gè)木板傾斜放置,使一端比另一端高約一到二肘,我們?nèi)缜八鲠尫陪~球,用稍后介紹的方式計(jì)量滾下的時(shí)間。為了時(shí)間檢測(cè)的精度達(dá)到兩次觀測(cè)的偏差不超過(guò)1/10次心跳,我們不止一次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。完成該操作并確認(rèn)其可靠性后,我們?nèi)缃駜H在槽寬度的1/4處釋放銅球并檢測(cè)滾下的時(shí)間,我們發(fā)覺(jué)它正好是后者的一半。接出來(lái),我們嘗試其它距離,將銅球滾下全長(zhǎng)的時(shí)間與1/2,2/3,3/4或任意分?jǐn)?shù)寬度的時(shí)間作比較;在這種重復(fù)上百次的實(shí)驗(yàn)中,我們總是發(fā)覺(jué)通過(guò)距離之比等與時(shí)間平方之比,這個(gè)規(guī)律對(duì)我們釋放銅球的槽所在任意斜度的斜面都組建。我們還觀測(cè)到各類斜度斜面滾下時(shí)間之間的精確比,然后我們將會(huì)看見(jiàn),作者早已預(yù)言并證明之。
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①1肘約合45.7-55.9分米。
為了檢測(cè)時(shí)間,我們?cè)谳^高處放置一個(gè)大的盛水容器;在容器頂部釬焊一根可以射出細(xì)小水流的小孔徑管,無(wú)論銅球從槽的全長(zhǎng)或部份寬度處滾下,每次銅球滾下時(shí)間內(nèi)射出的水搜集在一個(gè)小玻璃杯中;每次銅球滾下后搜集的水放到一個(gè)特別精確的天平上稱量;這種重量的差異和比列為我們提供了每次時(shí)間的差異和比列,其達(dá)到的精度以至于雖然重復(fù)操作許多許多次,結(jié)果無(wú)顯著差別。
——《關(guān)于兩門新科學(xué)的談話和物理證明·第一天》
……
哲學(xué)(換言之自然哲學(xué))是寫在一本偉大的書上——我指的是宇宙,這本偉大的書不斷開(kāi)拓我們的視野,并且我們難以看懂它,除非一個(gè)人首先學(xué)會(huì)感悟書寫它的語(yǔ)言和字符。書寫它的語(yǔ)言是物理,它的字符是三角形、圓形及別的幾何圖形。離了物理,人力不可能剖析其中任何一個(gè)詞組;離了物理,人將徘徊在幽深的迷宮。
——伽利略《試金者》
以上內(nèi)容摘自李輕舟著《德?tīng)栰车那敉剑簭奶K格拉底到愛(ài)因斯坦》
自由落體運(yùn)動(dòng)因?yàn)橹亓铀俣忍炝耍谫だ缘哪甏鸁o(wú)法直接檢測(cè)。所以伽利略悉心設(shè)計(jì)了斜面實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)充分展示了伽利略的天才。通過(guò)斜面實(shí)驗(yàn),伽利略克服了時(shí)代的局限性,正確認(rèn)識(shí)了自由落體運(yùn)動(dòng),并總結(jié)出了自由落體運(yùn)動(dòng)定理。
伽利略對(duì)接斜面實(shí)驗(yàn)是一個(gè)理想實(shí)驗(yàn),它是基于一定的事實(shí),運(yùn)用具象思維、邏輯思維的方式完成的。
課文原文:“……伽利略覺(jué)得,將人們引入歪路的是磨擦力,而在日常物體的運(yùn)動(dòng)中,磨擦力又是無(wú)法避開(kāi)的。伽利略注意到,當(dāng)一個(gè)球沿斜面向上運(yùn)動(dòng)時(shí),它的速率減小,而向下運(yùn)動(dòng)時(shí),速率降低。他由此推測(cè):當(dāng)球沿水平面運(yùn)動(dòng)時(shí),它的速率應(yīng)當(dāng)不增不減。……”
“讓小球順著一個(gè)斜面從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng),小球?qū)ⅰ皼_”上另一個(gè)斜面,假如沒(méi)有磨擦,小球?qū)⑸仙皆鹊母叨取=档偷诙€(gè)斜面的夾角,小球在這個(gè)斜面上仍將達(dá)到同一高度,但這時(shí)它要運(yùn)動(dòng)的遠(yuǎn)些。繼續(xù)降低第二個(gè)斜面的夾角,球達(dá)到同一高度時(shí)才會(huì)離得更遠(yuǎn)。于是他問(wèn)道:若將第二個(gè)斜面放平,球會(huì)達(dá)到多遠(yuǎn)的位置?推論其實(shí)是:球?qū)⒂肋h(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。卻不再須要哪些力去引領(lǐng)。這就是說(shuō),力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的誘因。”
1.“……伽利略覺(jué)得,將人們引入歪路的是磨擦力,而在日常物體的運(yùn)動(dòng)中,磨擦力又是無(wú)法避開(kāi)的”——這是導(dǎo)致困難的癥結(jié),也是理想化處理的對(duì)象。而且,伽利略是第一個(gè)意識(shí)到磨擦力的人,這促使他比亞里士多德向前邁向了一大步!
2.“伽利略注意到,當(dāng)一個(gè)球沿斜面向上運(yùn)動(dòng)時(shí),它的速率減小,而向下運(yùn)動(dòng)時(shí),速率降低。他由此推測(cè):當(dāng)球沿水平面運(yùn)動(dòng)時(shí),它的速率應(yīng)當(dāng)不增不減。”——這就是邏輯的力量。
3.“讓小球順著一個(gè)斜面從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng),小球?qū)ⅰ皼_”上另一個(gè)斜面”——這是事實(shí)。
4.“如果沒(méi)有磨擦,小球?qū)⑸仙皆鹊母叨取薄屑?xì)想來(lái),此處缺乏一個(gè)證明:如圖所示,小球從左邊斜面上的O點(diǎn)由靜止釋放后沿斜面向上運(yùn)動(dòng),并沿兩側(cè)斜面上升。斜面上先后鋪墊三種粗糙程度漸漸減少的材料時(shí),小球沿兩側(cè)斜面上升到的最低位置依次為1、2、3。我們發(fā)覺(jué):當(dāng)接觸面粗糙程度越來(lái)越小時(shí),小球都會(huì)越來(lái)越接近它初始釋放時(shí)的高度。這么,我們可以繼續(xù)外推:假如斜面完全沒(méi)有磨擦,這么小球都會(huì)達(dá)到它釋放時(shí)的高度。這是一個(gè)由真實(shí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)到理想實(shí)驗(yàn)的外推的過(guò)程。
5.“減小第二個(gè)斜面的夾角”——在假定的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的結(jié)論。
6.“小球在這個(gè)斜面上仍將達(dá)到同一高度,但這時(shí)它要運(yùn)動(dòng)的遠(yuǎn)些。繼續(xù)減少第二個(gè)斜面的夾角,球達(dá)到同一高度時(shí)才會(huì)離得更遠(yuǎn)。于是他問(wèn)道:若將第二個(gè)斜面放平,球會(huì)達(dá)到多遠(yuǎn)的位置?”——注意這兒提及了三個(gè)“遠(yuǎn)”字,如圖所示,我們曉得,小球每一次從A抵達(dá)B的速率是相同的,而小球最終的速率都是0,又隨著斜面夾角越來(lái)越小,小球運(yùn)動(dòng)的距離越來(lái)越遠(yuǎn),即BC<BD<BE,所以小球每一次運(yùn)動(dòng)的時(shí)間都越來(lái)越長(zhǎng),也就是小球要用越來(lái)越長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)減速,也就是速度變化的越來(lái)越慢!所以當(dāng)斜面夾角增大到無(wú)限小,即斜面被放平,小球應(yīng)該運(yùn)動(dòng)到無(wú)限遠(yuǎn),對(duì)應(yīng)減速的時(shí)間就是無(wú)限長(zhǎng),因而速率變化的就無(wú)限慢——什么叫無(wú)限慢?就是速率不再變化了。
7.“結(jié)論似乎是:球?qū)⒂肋h(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。卻不再須要哪些力去引領(lǐng)。這就是說(shuō),力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的誘因。”——小球?yàn)楹我肋h(yuǎn)的運(yùn)動(dòng)下去呢?由于小球仍然在永不停止的探尋自己原先的高度。其實(shí),伽利略的工作只是強(qiáng)調(diào)“力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的誘因”,但力到底是“什么”的緣由呢?這就須要后人進(jìn)一步去研究了。
8.伽利略的理想實(shí)驗(yàn),革除了那個(gè)延續(xù)數(shù)千年的單純借助思辨來(lái)研究化學(xué)學(xué)的行為方法(所謂古埃及模式),而確立了實(shí)驗(yàn)在化學(xué)學(xué)中的基本地位。
傳說(shuō)中的漢堡斜塔實(shí)驗(yàn)背后的科學(xué)原理
等效原理(-{}-)尤其是強(qiáng)等效原理,在廣義相對(duì)論的引力理論中穩(wěn)居一個(gè)極重要的地位,它的重要性首先是被愛(ài)因斯坦分別在1911年的《關(guān)于引力對(duì)光傳播的影響》及1916年的《廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)》中被提出來(lái)。
等效原理共有兩個(gè)不同程度的敘述:弱等效原理及強(qiáng)等效原理。
對(duì)此原理,愛(ài)因斯坦曾如是說(shuō):「我為它的存在倍感極為驚奇,但是推測(cè)其中必有一把可以更深入了解慣性和引力的鎖匙。」
弱等效原理
弱等效原理原是指觀測(cè)者不能在局部的區(qū)域內(nèi)區(qū)分出由加速度所形成的慣性力或由物體所形成的引力,而它是由引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量成正比列這一事實(shí)推演下來(lái),這個(gè)關(guān)系首先是由伽利略及牛頓用一系列的實(shí)驗(yàn)判定下來(lái)。
伽利略及牛頓的實(shí)驗(yàn)
早在17世紀(jì),伽利略已借助物體從斜面滾下不同的距離所須要的時(shí)間,去證明物體于月球上的自由下落的加速度是一個(gè)常量;另外,伽利略亦發(fā)覺(jué)單擺的周期只與擺長(zhǎng)有關(guān),而與擺錘的質(zhì)料無(wú)關(guān)。稍后的牛頓則做了兩個(gè)等長(zhǎng)而同形狀的單擺,其中一個(gè)的擺錘是用金做的;而另一個(gè)擺錘用等重的銀、鉛、玻璃、沙等不同物料制成。而牛頓在多次實(shí)驗(yàn)均無(wú)法觀察到它們之間的周期差別。
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