運動獨立性原理和運動的合成、分解定律 。在彈道的研究中,伽利略發(fā)現水平與垂直兩方向的運動各具有獨立性,互不干涉,但通過平行四邊形法則又可合成實際的運動徑跡 。他從垂直于地面的勻加速運動和水平方向的勻速運動,完整地解釋了彈道的拋物線性質,這是運動的合成研究的重大收獲,并具有實用意義 。
慣性系的概念
伽利略用物理學原理為哥白尼地動學說進行辯解時,應用運動獨立性原理通俗地說明了石子從桅桿頂上掉落到桅桿腳下而不向船尾偏移的道理 。他又進一步以作勻速直線運動的船艙中物體運動規(guī)律不變的著名論述,第一次提出慣性參考系的概念 。這一原理被愛因斯坦稱為伽利略相對性原理,是狹義相對論的先導 。
單擺周期性質的發(fā)現
伽利略由觀察到教堂懸燈的擺動對擺進行實驗研究,發(fā)現單擺的周期與擺長的平方根成正比,而與振幅大小和擺錘重量無關 。這個規(guī)律的發(fā)現為此后的振動理論和機械計時器件的設計方案建立了基礎 。
光速有限及其測量
前人對于光速是否有限從來沒有明確的認識 。伽利略觀察了閃電現象,認為光速是有限的,并設計了測量光速的掩燈方案 。但限于當時的實驗條件,用這種測量方法實際測到的主要只是實驗者的反應和人手的動作時間,而不是光的行進時間 。然而,如果有了明暗變化有規(guī)律的光源或高速機械控制的器件代替人手動作,是可以測量到真正的光速的,后來木衛(wèi)星食法、轉動齒輪法、轉鏡法、克爾盒法、變頻閃光法等光速測量方法都借鑒于掩燈方案 。
幾種基本物理實驗儀器的研制
伽利略不但親自設計和演示過許多實驗,而且親自研制出不少實驗儀器 。他的工藝知識豐富,制作技術精湛,他所創(chuàng)制的許多實驗儀器在當時及對后世都很有影響,下面舉出幾項:
浮力天平
這是利用浮力原理快速測定金銀器皿首飾中金銀含量比例的直讀儀器 。這種儀器當時已用于金銀首飾器皿的交易中 。
溫度計
伽利略首創(chuàng)的溫度計是一種開放式的液體溫度計,玻璃管內盛有著色的水和酒精,液面與大氣相通 。這實際上是溫度計與大氣壓力計的混合體,這是由于當時他對大氣壓力的變化還沒有明確的認識 。盡管如此,其學術價值仍很大,溫度從此成為客觀的物理量,不再是不確定的主觀感覺 。
望遠鏡
伽利略制成的望遠鏡,可以觀察到物體的正像 。經過改進后,其倍率由3逐步增大到33;不但指向星空,還可應用于船艦要塞,取得空前豐碩的發(fā)現成果 。這種望遠鏡結構簡單,而其倍率和分辨本領受球差和色差的限制較大 。
徹底推翻亞里士多德的物質觀
歐洲中世紀占絕對統(tǒng)治地位的自然觀,是經過神學改裝了的亞里士多德的自然觀,它成為封建神權統(tǒng)治者統(tǒng)制民眾思想的工具 。亞里士多德認為,地球和地上萬物都由氣、火、水、土四種元素所組成,都是丑陋、不潔、不完美的,有變化和有生滅的 。火和氣組成向上流動的輕物,水和土組成向下掉落的重物 。而天體則是由“以太”所組成的純潔、完美、永恒的物體 。又因為“上帝厭惡真空”,所以真空不可能存在 。然而伽利略從望遠鏡發(fā)現月亮表面有山峰和洼地,高低不平,并不是完美無缺,金星也有盈虧變化;太陽表面還有活動不已的黑子;肉眼就能直接看到超新星的爆發(fā)及其漸漸暗淡和消失,這些都打破了亞里士多德天尊地卑,天體和地上物質的性質懸殊的思想 。伽利略通過流體靜力學對浮體的研究,得知所有物體都是重物,沒有絕對的輕物 。天體和地球以及地上萬物在物質結構上是統(tǒng)一的 。真空也可能存在和產生,而且只有在真空中才能研究物體運動的真正性質,這就徹底推翻了亞里士多德憑借主觀臆測的物質觀,從而也根本動搖了封建神權的思想統(tǒng)治 。
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