展示目的及科学原理
展项通过模拟伽利略的斜面实验,让观众思考探索自由落体定律和惯性定律的推导。
操作方式
伽利略通过观察和推理,批驳了亚里士多德的物体下落速度与重量成正比的说法,提出猜想:落体运动是匀加速直线运动,物体的下落速度与时间成正比。并且,他通过推导,得到了距离与时间的平方成正比的结论。
为了“冲淡重力”,减缓下落运动,伽利略于1632年进行了著名的斜面实验。他在一块木板上刻出一条直槽,并垫上光滑的羊皮纸,让一个光滑的铜球沿倾斜的直槽下落,用水钟测定下落时间。伽利略在斜面成不同的倾斜角和铜球滚动不同距离的情况下作了数百次实验,发现:“一个从静止开始下落的物体在相等的时间间隔经过的各段距离之比,等于从1开始的一系列奇数之比。”并通过推理说明:落体“所经过的各种距离总是同所用时间的平方成比例”。
后来,伽利略又进行了双斜面实验,他将两个光滑斜面相向放置于桌面上,各自与桌面的夹角相同,让小球沿一个斜面从静止状态开始下滚,小球将滚上另一个斜面,达到与原来差不多的高度然后再下滚。越减小第二个斜面的倾角,球达到同一高度就会滚得更远。接着,他又做了“思想实验”:设想斜面与桌面的夹角为九十度时,就回到自由落体情形;设想斜面与桌面的夹角趋于零度时,滚落的小球就会无休止地前行,这样他发现了惯性。
伽利略把实验观察和抽象思维结合起来,推导出力不是维持物体运动(即维持物体的速度)的原因,而是改变物体运动状态(即改变物体速度)的原因。
伽利略通过观察和推理,批驳了亚里士多德的物体下落速度与重量成正比的说法,提出猜想:落体运动是匀加速直线运动,物体的下落速度与时间成正比。并且,他通过推导,得到了距离与时间的平方成正比的结论。
为了“冲淡重力”,减缓下落运动,伽利略于1632年进行了著名的斜面实验。他在一块木板上刻出一条直槽,并垫上光滑的羊皮纸,让一个光滑的铜球沿倾斜的直槽下落,用水钟测定下落时间。伽利略在斜面成不同的倾斜角和铜球滚动不同距离的情况下作了数百次实验,发现:“一个从静止开始下落的物体在相等的时间间隔经过的各段距离之比,等于从1开始的一系列奇数之比。”并通过推理说明:落体“所经过的各种距离总是同所用时间的平方成比例”。
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