伽利略科学研究方法探究

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1、伽利略科学研究方法探究作者：周经伟文章來源：小国科技信息点击数：1620更新时间：2008-9-12伽利略科学研究方法探究摘要：该文从分析伽利略主要的力学研究工作入手，对他的力学研究工作所蕴含的科学方法进行了探索，阐述了其所运用的观察方法、数学方法和实验方法，最后归纳出了仍适合于今天科学工作者使用的伽利略科学研究方法程序。关键词：伽利略;科学;研究方法伽利略(1564—1642)是意人利物理学家、天文学家，近代实验科学的创始人。他的一生完全献给了科学事业，他所取得的巨大成就开创了近代物理的新纪元。正如爱因斯坦所说：“伽利略的发现以及他所应用

2、的科学推理方法是人类思想史上最佶大的成就之一，标志着物理学的开端。”他1632年发表了《关于两个世界体系的对话》一书，1638年乂发表了《关于两门新科学的对话》一•书。伽利略在长达儿十年的科学研究工作期间开创了许多物理学研究方法，对今天的科学研究人员来说，在科技创新方面仍有重要的指导作用。木文试图从这些方面进行一些探究。1伽利略主要的力学研究工作自由落体问题的研究是伽利略力学研究的突破」当时在力学问题上流行的是亚里士多德的理论。亚里丄-多徳认为落体以匀速下落，其速度的大小与落体的重量成正比。伽利略首先指出了亚毘士多德落体观念的逻辑矛盾。他假

3、定一根不太长的绳了，两端分别系着一块石头，这两块石头的重量不同。那么，这两块石头将以什么速度下落呢？按照亚里士多徳的观念，它们的重量是大小两块石头重量Z和，所以它们下落的速度比任一块石头单独下落的速度都要快。另一方面，也从亚里士多德的观念出发，大石头下落得快，小石头下落得慢，则当两石头串联在一起时，会出现这样的情况：大石头快落在下，小石头慢落在上，在人石头带动厂小石头比单独卜•落时要快些，而人石头被小石头拖后，使之比单独卜•落时要慢些。即同是应用亚里士多徳的观念，得出的是以上两种门相矛盾的结果。所以亚里士多德关于落体的理论从逻辑推理上就不攻

4、白破了。还是眼见为实，伽利略知道仅用逻辑推理是不够的，还必须用人们能够观察到的爭实來驳斥亚里士多德的落体观念。相传1589年伽利略登上了意大利的比庐斜塔，让10磅重和1磅重的两个球同吋下落。塔下的人都看到，这两个重量不同的球儿乎是同时落地的。而根据亚里士多德的落体观念，当大球落到地面时，小球只下落到1/10的高度，这显然不符合眼见的事实。做这个实验Z后，伽利略想到，有人会说物体下落速度虽然不是同重量成正比,但重物看起來总是比轻物似乎要落得快一些。由于比萨斜塔只有56米高，和对高度而言，球下落得太快了，肉眼不容易看出两者的差距。所以伽利略就想

5、“冲淡引力”，让球落得慢一些。这样就町以比较容易地得到两个重量不同的球究竟是先后落地，还是同时落地的结论。伽利略是通过斜面实验來达到“冲淡引力”的设想的。他在长约8米的木板上，刻着一条光滑的槽，并放置成一斜面，斜面的夹角可以随意调控。他使重量不同的小球在同一高度沿斜面同吋滚下。夹角越小，小球滚得就越慢。这就好比冲淡了引力。伽利略发现，重量不同的球在相同的斜面上滚动的速度是相同的，与斜面的夹和的人小无关。当斜面夹角为90度时，小球的滚动就成了自rh卜•落。于是他得出结论：物体自市卜•落的速度同其重量无关。伽利略为了研究落体运动，不断人为地调整

6、木板与水平而的夹角，观察小球在人为控制下运动，这木身就是一种典型的科学实验(这个实验曾在2002年被英国著名的《物理学世界》杂志的广人读者评为历史上“最美丽”的I大物理实验之一）。伽利略在斜塔上不能“冲淡引力”，他在家里通过斜而实验就可以做到这一点，弥补了斜塔观察活动的不足。伽利略在斜面实验的基础上，利用数学的方法，确定了路程少时间的数量关系为：s正比于t2,这就是时间平方定律。在他的实验记录上，有这样两列数字，不同的下落时间t=1,2,3,4；物体下落的距离之比s=1：4：9：16o从这两列数的比例关系,伽利略证明沿斜浙下滑的物体正在做匀

7、加速运动，从而也证明了口由落体运动是匀加速直线运动。斜而实验还使伽利略发现了惯性定理。他做了两个斜而，上而都刻有一条光滑的槽，让小球从第一个斜面滚下，再爬上第二个斜面。他发现，当小球在第二个斜面上爬到一定高度时，它就不再上爬，再度落下。这个高度刚好等于小球在第一个斜面上向下滚动的高度。这不仅同小球的重量无关，也同两斜面的倾角的大小无关。如果继续减少第二个斜面的倾角，使Z最终成为水平面时，可以想彖小球将沿着水平面以恒定的速度永不停息地运动下去。伽利略在他的《关于两门新科学的对话》一书中是这样描述的：“因为在向下倾斜的平血上已经存在一加速因素。

8、而在向上倾斜的平血上则有一减速因素。由此口J见，在水平面上的运动是永久的；因为，如果速度是匀速的，它就不能减小或缓慢下來，更不会停止。”这就是说，物体的运动并不需要外力來维持，只