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伽利略落体实验
• 1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的实验，得 出了重量不同的两个铁球同时下落的结论，从此推翻了亚里士多德 “物体下落速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了1900多年 之久的错误结论。关于自由落体实验，伽利略做了大量的实验，他站 在斜塔上面让不同材料构成的物体从塔顶上落下来，并测定下落时间 有多少差别。结果发现，各种物体都是同时落地，而不分先后。也就 是说，下落运动与物体的具体特征并无关系。无论木制球或铁制球， 如果同时从塔上开始下落，它们将同时到达地面。伽利略通过反复的 实验，认为如果不计空气阻力，轻重物体的自由下落速度是相同的， 即重力加速度的大小都是相同的。 • 我们若从牛顿的万有引力定律分析自由落体的运动规律，任意两个物 体之间都遵循着万有引力定律，轻重不同的两个物体在地球的引力场 中做自由落体运动都将获得相同的加速度，所以实验得出大小两球同 时落地的结果是符合万有引力定律的。就是说伽利略的实验结论和从 万有引力定律所做的理论分析是完全一致的，从这一点来说，伽利略 的实验是正确的。但是，万有引力定律完全成立是需要一定的条件的， 必须假定任意两个中性物体之间的相互作用都是完全遵从万有引力定 律的，任意两个物体场都与地球场作用的规律完全相同，而其实不然。 • 关于重力加速度的公式可以利用牛顿的万有引力定律推导出来。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
伽利略是利用望远镜观测天体取得大量成果的第一位科学家。[5] 1609年， 伽利略在知道荷兰人已有了望远镜后，伽利略创制了天文望远镜（后被称为 伽利略望远镜），并用来观测天体，发现许多前所未知的天文现象。他发现 所见恒星的数目随着望远镜倍率的增大而增加；银河是由无数单个的恒星组 成的；月球表面有崎岖不平的现象（亲手绘制了第一幅月面图），金星的盈 亏现象；木星有四个卫星（其实是众多木卫中的最大的四个，现称伽利略卫 星）。他还发现太阳黑子，并且认为黑子是日面上的现象。由黑子在日面上 的自转周期，他得出太阳的自转周期为28天（实际上是27.35天）。1637年 在目力很差情况下，他还发现了月亮的周日和周月天平动。[3] 这些发现开辟 了天文学的新时代。 伽利略第一个用望远镜观察到土星光环、太阳黑子、月球山岭、金星和水星 的盈亏现象、木星的卫星和金星的周相等现象，并从实验中总结出自由落体 定律、惯性定律和伽利略相对性原理等。从而推翻了亚里士多德物理学的许 多臆断，奠定了经典力学的基础，反驳了托勒密的地心体系，有力地支持了 哥白尼的日心学说。 这一系列天文发现轰动了当时的欧洲，伽利略在介绍他新发现的两本书《星 际使者》（1610）和《关于太阳黑子的书信》（1613）中，都主张哥白尼的 日心说。伽利略以观测到的事实，推动了哥白尼学说的传播。当时的意大利 仍处于教会的严酷统治之下，许多人不肯承认同《圣经》和亚里士多德著作 相违背的新思想、新事物。1613年，哥白尼的《天体运行论》被宗教法庭列 为禁书，伽利略也受到警告，要他放弃哥白尼学说。伽利略没有接受警告， 继续写作，1632年他的《两大世界体系的对话》出版，激怒了教会。宗教法 庭把伽利略传到法庭，并宣判他有罪，并责令他忏悔，放弃自己证明了的学 说，禁止《对话》流传。1633年被判处终生监禁，指定居住于佛罗伦萨效区 [3] 。他在生命的最后几年里仍努力研究。1634年写成一本力学著作—— 《关于两门新科学的谈话和数学证明》。
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• 地球上空的物体在以地心为描述其运动的参照点时，若它是围绕地球 做匀速圆周运动，物体在与地心连线的方向上受到的合外力是一个指 向地球中心的向心力， • 这个向心力由物体与地球之间的万有引力提供，即 F向 = F引 ，根据 向心力遵循的牛顿第二定律公式：F=ma和万有引力定律公式： 可得， • 在上面的式子中，M是地球质量，m是物体的质量，R是地球半径，h 是物体距离地面的高度，g是物体围绕地球做匀速圆周运动产生的向 心加速度，也即物体在此处的重力加速度，N是引力常量。 • 再来看一下地面上空的物体做自由落体运动的情况，这种情况地球对 物体的万有引力大于物体在该位置环绕地球做匀速圆周运动所需要的 向心力，因此物体将做自由落体运动。物体自由下落受到的合外力仍 然为： • F合 = F万 • 从上面推导出来的物体重力加速度的公式中可以看出，在地面上空同 一高度的两个物体，不管物体的质量、大小、结构、密度如何，它们 获得的重力加速度都是完全相同的。 • 因为按照场之间的作用规律，物体之间的万有引力作用实际上是借助 于物体之间的场产生作用。同样对于任意两个物体与地球之间的万有 引力作用，也是借助于场产生作用。只有任意两个物体自身所带的场 与地球场之间产生的万有引力作用都具有完全相同的规律时，万有引 力定律才是严格成立的，产生的重力加速度才能够总是完全相同，两 球才能够同时落地。但实际情况是，万有引力规律只是一种近似，任 意两个物体场与地球场之间的作用规律一般来说并不完全严格的遵从 万有引力定律，产生的重力加速度会存在一定差异，所以，严格来说， 任意两个物体从同一高度做自由落体运动并不是同时落地
伽利略
伽利略简介
• 伽利略（Galileo Galilei，1564-02-15-1642-01-08）。意大利数学家、 物理学家、天文学家，科学革命的先驱[1] 。伽利略发明了摆针和温 度计，在科学上为人类作出过巨大贡献，是近代实验科学的奠基人之 一。 • 历史上他首先在科学实验的基础上融汇贯通了数学、物理学和天文学 三门知识，扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识 。伽利 略从实验中总结出自由落体定律、惯性定律和伽利略相对性原理等。 从而推翻了亚里士多德物理学的许多臆断，奠定了经典力学的基础， 反驳了托勒密的地心体系，有力地支持了哥白尼的日心学说 。他以 系统的实验和观察推翻了纯属思辨传统的自然观，开创了以实验事实 为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。因此被誉为“近代力学之 父”、“现代科学之父”。其工作为牛顿的理论体系的建立奠定了基 础 。 • 伽利略倡导数学与实验相结合的研究方法，这种研究方法是他在科学 上取得伟大成就的源泉，也是他对近代科学的最重要贡献 。 • 伽利略认为经验是知识的唯一源泉，主张用实验—数学方法研究自然 规律，反对经院哲学的神秘思辨。深信自然之书是用数学语言写的， 只有能归结为数量特征的形状、大小和速度才是物体的客观性质。他 是利用望远镜观察天体取得大量成果的第一人。 • 伽利略对17世纪的自然科学和世界观的发展起了重大作用 。从伽利 略、牛顿开始的实验科学，是近代自然科学的开始 。