伽利略-近代科学之父.ppt

伽利略 近代科学之父 伽利略 1564 1642 我不相信给了我们感觉 理性和智能的上帝却又想让我们不要用它们 伽利略伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一 而且标志着物理学的真正开端 爱因斯坦 日心说的辩护者 哥白尼和开普勒出于数学简单性的原则寻找并建立起描述行星运动的日心模型 而伽利略制造了能放大33倍的望远镜 对一系列天文现象的观测使他相信哥白尼的日心体系是正确的 亚里士多德的教条伽利略的观测结果 月球的表面并不光滑 而是有广大的凹陷和雄伟的大山 太阳的表面有神秘的斑点 看起来只是一条宽的光带的银河由成千上万颗星星组成 每一颗都放出光芒 木星像哥白尼日心体系中的地球一样也拥有卫星 有四个卫星围绕着木星旋转 地上的物体不是完美的而且是有生有灭的 而天体则是完美而且永恒的 天空只有太阳 月亮 水星 金星 火星 木星和土星七个行星 宇宙中只有一个中心 那就是地球 一切都围绕着它而旋转 需要新的运动理论 按照亚里士多德的运动理论 如果地球是运动的 那么由于它比地面上的物体重会更快的 下落 因而会把其他物体抛在后面 地球没有把地面上的物体抛在后面 亚里士多德的运动理论无法协调这一事实与地球是运动的观点 伽利略要为日心说辩护 就必须建立全新的运动理论 亚里士多德用一种先验的观点去论证日常生活中的一些现象 他的运动理论是一种常识性的看法 他没能意识到摩擦力和重力的存在 要建立不同于亚里士多德的运动理论需要一种全新的科学方法 运动的量度 亚里士多德把运动分为 自然运动 和 受迫运动 地面上物体的水平运动就是靠外力来维持的受迫运动 这种模糊而笼统的分类是与他对运动的解释联系在一起的 伽利略则是用精确的数学语言来描述物体的运动 运动的量度 速度 单位时间内走过的距离叫做速率 它反映了物体运动的快慢 而速度是速率加方向 加速度 单位时间内速度的变化叫做加速度 速度的变化包括 速率的增加和减小 通常意义下的加速和减速 以及速度方向的改变 落体定律 重物和轻物下落一样快 若亚里士多德的观点正确 即重物比轻物下落得快 那么把一个轻物和一个重物捆在一起 让它们自由下落 则重物会被轻物拖慢 而轻物会被重物拉快 也就是说下落速度应介于单独轻物和单独重物下落的速度之间 然而 从另一个角度看 两物体捆在一起后更重了 它应该比两物体中重的那个下落得还要快 从亚里士多德的观点得到了互相矛盾的两个结论 因此可以证明他的观点是不正确的 要克服这个逻辑上的矛盾必须认为重物和轻物下落得一样快 斜面上的小球 通过实验 伽利略发现小球的加速度与小球的重量无关 只与斜面的陡度有关 斜面与地面夹角越大 小球的加速度越大 伽利略设想 实验发现在确定陡度的斜面上小球的加速度与其重量无关 那么对于完全竖立起来的斜面这一结果也应当成立 而此时小球的运动是自由落体 落体定律 在没有空气阻力时 物体下落的加速度与物体的重量无关 自由落体运动是一种匀加速直线运动 自由落体是初速度为零的匀加速直线运动 速度与时间成正比 而下落距离应该时间的平方成正比 这在伽利略的斜面实验中得到了证实 落体定律的证实 伽利略的理想实验 在理想情况下 小球在左方斜面上滚下来 将在右方的斜面上爬上相同的高度 如果减小右方斜面与水平面的夹角 那么小球为了到达相同高度要经过更长的距离 而如果夹角减为零 则小球将在水平面上一直运动下去 惯性定律 小球沿着向下的斜面会加速 而沿着向上的斜面会慢下来 水平面是介于上坡与下坡的中间情形 因而在一个没有摩擦的水平面上 小球既不会加速也不会减速 惯性定律 不受外力作用的物体速度将保持不变 物体之所以运动并不是因为力 而是因为惯性 力是产生加速度的原因 相对性原理 在船静止不动时 我们看到这些有翅膀的小动物如何以同样的速度飞向房间各处 看到鱼如何毫无差别地向各个方向游动 又看到滴水如何全部落到下面所放的瓶子中 而当你把什么东西扔向你的朋友时 只要他和你的距离保持一定 你向某个方向扔时不必比向另一个方向要用更大的力 如果你在跳远 你向各个方向会跳得同样远 尽管看到这一切细节 但是没有人怀疑 如果船上情况不变 当船以任意速度运动时这一切应当照样发生 只要这运动是均匀的 不在任何方向发生摇摆 你不能辨别得出上述这一切结果有丝毫变化 也不能靠其中任何一个结果来推断船是在运动还是静止不动 相对性原理表明 所有惯性系都是等价的 不愧为近代科学之父 寻求物理现象的量化描述 将现象中最基本的性质分离出来度量 理想实验 在基本物理原理的基础上演绎的建立科学理论 1 伽利略 1564 1642 的开创了科学研究的方法 牛顿 1642 1727 继承了这一方法 并无与伦比的展示了它的有效性 2 惯性定律是牛顿运动定律的基石 我的这些著作将是这门科学的基础 更敏锐的智慧将会揭示它深奥的秘密 斜抛运动可以看作是由水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀加速直线运动叠加而成的 从抛出点到落地点需要多长时间 从抛出点到落地点的水平距离 即射程是多少 猎人应该如何瞄准猴子