伽利略运动学 - 落体定律

伽利略运动学 - 惯性概念

伽利略运动学 - 落体定律

伽利略的运动学是牛顿力学和爱因斯坦相对论的先驱。伽利略被誉为“现代科学之父”，”现代天文学之父“和“现代物理学”之父。

伽利略对亚里斯多德关于宇宙的描述存有许多问题和怀疑；主要有二方面：1.亚理斯多德说，不同尺寸的物体，下降的速度也不同，大物体的下降速度快些；小的慢些。2.为什么射出的箭还可以继续运动？亚里斯多德认为，箭移动后，它后面的空气会聚合在一起，推动箭继续前进。

伽利略想：如果大物体下降速度比小物体下降速度快是正确的，那么，把一个大的物体分成二半后，再绑在一起，然后让它下降；它的下降速度会比分成二半之前的速度会变慢吗？这显然是不会的。伽利略为了弄清落体的真实情况，他做了许多落体的实验。

他的结论是，在高处同时落下重量相同的一张纸和一个纸球。一张纸要比纸球用更长的时间才能到达地面，这是因为空气的阻力，纸所遇到的比纸球的大，而不是它们的不同重量所造成。因此，亚里斯多德的相关观点是错误的。

在伽利略时代，没有准确的时间测量，他设计了一个可控制水流量的水钟，从流出的水量，伽利略可以定出落体从高处开始放下到达地面所需的时间。1638年伽利略利用不同倾斜的斜面代替直接从高处将物体落下做落体实验，这样可以得到更准确的时间测量。

伽利略从斜面落体实验得出，从斜面上滚下的一个球，从放手开始。这个球所滚的距离x和它所经历的时间t的平方成正比。把这个关系写成公式，就是：x=at2；这里a是一个常数，与球的重量无关。可以把这公式改写成： v=at；此处v是落体的速度。这公式称为伽利略的落体定律。

伽利略在此定律的基础上得出这样的结论：在地球上的落体，不论大小，都会获得相同的匀加速度运动。使所有物体落下的是一个恒定的引力。而恒定的力作用在物体上，不是使物体得到均匀的速度；而是均匀的加速度。伽利略已把力和物体受力作用而得到加速度的关系已提得很明确。后来，牛顿把重力推广到所有的力，并进一步做物体受力后所获得的加速度和其质量大小的关系，就得出了牛顿运动的第二定律。

伽利略落体定律所得出的结论也说明亚里斯多德的“力是引起物体运动的原因”是错误的。伽利略的落体定律使物理的发展走向正确的方向。

伽利略运动学 - 惯性概念

伽利略认为，在地球上运动的物体最后之所以会停止，是因为有摩檫力阻止它继续运动的原故。

他用二个光滑的斜面；它们彼此构成坡度较大的漏斗形，让一个球在这二斜面之间滚动做实验。他想知道，一个球从斜面滚下以后，是如何运动的。

伽利略注意到，在某一高度沿斜面滚下一个球时，它会滚到对方斜面几乎相等的高度。他认为，球滚到对面斜面稍低的高度，是由于球和平面之间的摩檫力所造成的。如果能把摩檫力消除，滚下的球一定可以滚到对面斜面相同的高度。

伽利略改变对面斜面的斜率。他观察到，当对方斜面的角度减小时，滚下的球会滚得远些，以便达到球开始滚下时的原有高度；当对面斜面和水平面成O度时，这时滚下的球，几乎会沿一个方向永远地向前滚动。努力达到它原有的高度。这表示，远动的物体会继续在一直线方向运动。伽利略纵合这些实验的结果，得出惯性的概念如下；

一个普通的物体不会自发地改变它的速度；如果一物体原来在做直线的匀速运动，则它会继续沿原原直线的方向匀速运动，除非它受到另外的作用。如果一个物体，原来是静止的，它将继续静止。物体的这种性质，叫做惯性。

伽利略的惯性概念，可以明白地说明，离开弓以后的箭可以继续往前飞行。亚里斯多德对离开弓的箭的运动原因是错误的。

伽利略所得出的惯性概念是非常重要的。它是力学的基础。牛顿后来就利用伽利略的惯性概念作为他的运动第一定律。