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伽利略:吊燈擺動的啟示

來源:不詳       更新時間:2012-12-14 12:20:28
 

  姓名:伽利略

  簡介:伽利略·伽利雷(Galileo Galilei,1564-1642)世界知名科學家,他既是物理學家、天文學家、哲學家又是發明家,他發明了溫度計和天文望遠鏡。他被稱為“近代科學之父”、“現代觀測天文學之父” 、“現代物理學之父”、“科學之父” 及“現代科學之父”。

  名言:追求科學,需要有特殊的勇敢,思考是人類最大的快樂。

  在比薩大學讀書期間,伽利略做出了他的第一個重要的科學發現。

  1583年的一個星期日,19歲的伽利略穿戴整齊,越過大卵石鋪成的廣場,隨著做禮拜的人群走進比薩大教堂正面的大銅門。

  比薩大教堂建于11至12世紀,是整個大教堂建筑群的主建筑。比薩斜塔是這座建筑群的鐘樓,離大教堂只有遠。大教堂從空中俯視呈拉丁十字,造型厚重巍峨,頗為壯觀。

  也許是命運的安排,這個禮拜天主持做彌撒的,是一位來訪的神父。他站在神壇上,枯燥地念叨著神的教義。沒有多久,伽利略就聽得乏味了。周圍的信徒發覺,這個長襪綁腿,身披漂亮外套的年輕人似乎有些心不在焉。只見他仰起頭,兩眼朝半圓形的殿堂四周轉悠著。

伽利略在觀察擺動的吊燈

  微弱的光線透過雕成小圓圈的門窗洞,教堂內高大的空間籠罩著一種莊嚴神秘的感覺。

  伽利略打量著金碧輝煌的祭壇,古色古香的木雕,以及那些出自名家之手的壁畫。這時,他的目光停在穹頂中央的一只吊燈上。這是一只精致的大吊燈,在橄欖狀的穹頂上輕輕地擺動著。燈墜劃出一道漂亮的弧線。

  伽利略被吊燈擺動的節奏吸引住了。忽然,他的腦海里閃過一個念頭。以前他曾經見過許多擺動的物體,但都沒有注意到這個驚人的事實。

  伽利略發現,大吊燈隨著風吹而擺動,擺動的弧線時長時短,但不管擺幅是多長,吊燈往返的時間好像是一樣的。

  當時還沒有精確的計時手段,伽利略想起上醫學課時學的方法,于是用自己的脈搏來測量時間。他把右手指按在左手腕上,兩眼盯著吊燈,心中默默數著:“一、二、三……”。這是一幅很動人的場面。耳畔涌動著教徒們喃喃的祈禱聲,眾人都虔誠地埋著頭,只有年輕的伽利略揚著腦袋,目不轉睛地瞅著吊燈出神。

  他反復地測了好多次,在布道結束之前,伽利略的結論已經得出來了:不管吊燈擺動的距離是長是短,它往返所需的時間總是一樣的!即便是吊燈搖擺得很緩慢,它在短弧線上來回一次,仍然需要那樣長的時間。

  這個發現使伽利略很驚奇。因為按照習慣思維,擺幅短所需時間也應該短。

  伽利略不禁陷于了沉思:吊燈往返的時間怎么會與擺幅無關哦?

  那究竟是什么因素決定擺動時間呀——是擺的重量?體積?還是吊繩的長度呢?

  從大教堂出來,伽利略興奮不已。他懷著躍躍欲試的心情趕回大學宿舍,找來繩子、掛鉤,以及一些重量不同的物體,立即進行試驗。他覺得感覺是不可靠的,只有通過實驗才能找到真理。伽利略當時并沒有意識到,他的這個研究方法竟開了近代實驗科學研究的先河。

  伽利略用不同重量的物體作擺錘,然后通過改變繩子的長度,改變擺錘的體積大小,制作了很多種“鐘擺”。他反復測定這些“鐘擺”擺動的時間。而自己的脈搏就是他的表。他還找來鵝管筆和紙張,仔細地記下實驗的結果。然后從這些記錄中尋找規律。

  漸漸地,擺的運動規律清晰地顯現出來。

  首先,伽利略發現擺的周期——即往返一次的時間,與擺錘的重量無關。如果繩子的長度一樣,只是改變擺錘的重量,擺的周期不變。實驗還表明了,擺的周期與擺錘的體積、形狀也沒有關系。

  然后,伽利略使用相同的擺錘,但依次改變繩子的長度,進行實驗。結果他發現,繩子的長度是個關鍵因素。擺錘的繩子越長,擺的周期也越長;相反,擺錘的繩子越短,擺的周期也越短。歸根結底,擺動一次所需的

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