自由落体运动伽利略的研究论文

伽利略是第一个把实验引进力学的科学家，他利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律。1582年前后，他经过长久的实验观察和数学推算，得到了摆的等时性定律。接着在1585年因家庭经济困难辍学。离开比萨大学期间，他深入研究古希腊学者欧几里得、阿基米德等人的著作。他根据杠杆原理和浮力原理写出了第一篇题为《天平》的论文。不久又写了论文《论重力》，第一次揭示了重力和重心的实质并给出准确的数学表达式，因此声名大振。与此同时，他对亚里士多德的许多观点提出质疑。在1589～1591年间，伽利略对落体运动作了细致的观察。从实验和理论上否定了统治千余年的亚里士多德关于“落体运动法则”确立了正确的“自由落体定律”，即在忽略空气阻力条件下，重量不同的球在下落时同时落地，下落的速度与重量无关。根据伽利略晚年的学生V.维维亚尼的记载，落体实验是在比萨斜塔上公开进行的：1589年某一天，伽利略将一个重100磅，一个重1磅的铁球同时抛下，几乎同时落地，在场的竞争者个个目瞪口呆，在大笑中耸耸肩走了。但在伽利略的著作中并未明确说明实验是在比萨斜塔上进行的。因此近年来对此存在争议。伽利略对运动基本概念，包括重心、速度、加速度等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。尤其是加速度概念的提出，在力学史上是一个里程碑。有了加速度的概念，力学中的动力学部分才能建立在科学基础之上，而在伽利略之前，只有静力学部分有定量的描述。伽利略曾非正式地提出过惯性定律（见牛顿运动定律）和外力作用下物体的运动规律，这为牛顿正式提出运动第一、第二定律奠定了基础。在经典力学的创立上，伽利略可说是牛顿的先驱。伽利略还提出过合力定律，抛射体运动规律，并确立了伽利略相对性原理. 伽利略在力学方面的贡献是多方面的。这在他晚年写出的力学著作《关于两门新科学的谈话和数学证明》中有详细的描述。在这本不朽著作中，除动力学外，还有不少关于材料力学的内容。例如，他阐述了关于梁的弯曲试验和理论分析，正确地断定梁的抗弯能力和几何尺寸的力学相似关系。他指出，对长度相似的圆柱形梁，抗弯力矩和半径立方成比例。他还分析过受集中载荷的简支梁，正确指出最大弯矩在载荷下，且与它到两支点的距离之积成比例。伽利略还对梁弯曲理论用于实践所应注意的问题进行了分析，指出工程结构的尺寸不能过大，因为它们会在自身重量作用下发生破坏。他根据实验得出，动物形体尺寸减小时，躯体的强度并不按比例减小。他说：“一只小狗也许可以在它背上驮两三只同样大小的狗，但我相信一匹马也许连一匹和它同样大小的马也驮不起。”

伽利略的实验还由于没有一种适合测量短暂时间间隔的仪器而受到阻碍。他克服这个困难的方法是饶有趣味的。简单他说，他是利用那种古老的 配备天平的水钟。在所观察的降落运动期(42)间，让一只较大容器中的水通 过底部的一个小孔流进一只较小容器。然后仔细称量聚积在这较小容器内的 水的重量，而不同实验中获得的水的相对重量便给出了落体对于不同距离或 倾斜角度所花的相对时间。如果大容器中的水平面保持不变，那么，时间测 量最终将是精确的。伽利略在他的动力学研究中所遇到的另一个困难，是要消除空气对他实 验中的运动物体所产生的阻力。当时抽气机还没有发明，因此空气的影响无 法消除。但是，伽利略确信，一块软木和一(43)块铅在坠落速度上的差别， 是由于在通过同样大小的空气阻力时，轻的软木比重的铅减速更甚。诚然， 在斜面实验中，物体向下运动的速度比垂直坠落时慢，因此空气阻力的影响 大大减小。然而，这时由于运动物体和斜面的表面相接触，所以又产生了一 种新的阻力。不过，伽利略发现了一种能在一定程度上摆脱这个困难的办法： 用一对摆做实验，其中一个摆由一个软木摆锤系上一根约四五码长的细线组 成，而另一个摆是个铅摆锤系上同样长短的细线。当这两个摆以同样方式和 同一时间运动时，它们沿着半径相同的弧运动。甚至在来回摆动许多次以后， 两者的运动仍看不到显著差异。因此，看来媒质的阻力在摆的振动中没有起 多大作用。这个事实使伽利略特别注意摆的实验。

伽利略对自由落体运动的研究不仅开创了科学研究的新途径，而且从他对自由落体运动的研究过程中，我们后人可以学到丰富的科学研究的方法。具体说一下：他率先将理想实验的方法引入了自由落体运动的研究中，他进行自由落体运动的研究之前，物理学中还没有一些最基本的物理概念，是伽利略从零开始建立起了这些概念，并且从它们开始研究起了。还有一点，就是伽利略自然界是简洁和优美的这个根植于他头脑中的哲学观念帮助他少走了许多弯路，他认为自然是简洁的，那么自然界中的运动也一定具有简洁的规律。

我只知道他在天文学的成就,我也想知道,一起等

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