科學(xué)革命的先驅(qū)
伽利略在人類思想解放和文明發(fā)展的過程中作出了劃時代的貢獻(xiàn) 。在當(dāng)時的社會條件下,為爭取不受權(quán)勢和舊傳統(tǒng)壓制的學(xué)術(shù)自由,為近代科學(xué)的生長,他進(jìn)行了堅(jiān)持不懈的斗爭,并向全世界發(fā)出了振聾發(fā)聵的聲音 。因此,他是科學(xué)革命的先驅(qū),也可以說是“近代科學(xué)之父” 。雖然他晚年終于被剝奪了人身自由,但他開創(chuàng)新科學(xué)的意志并未動搖 。他的追求科學(xué)真理的精神和成果,永遠(yuǎn)為后代所景仰 。
1979年,梵蒂岡教皇J.保羅二世代表羅馬教廷為伽利略公開平反昭雪,認(rèn)為教廷在300多年前迫害他是嚴(yán)重的錯誤,這表明教廷最終承認(rèn)了伽利略的主張——宗教不應(yīng)該干預(yù)科學(xué) 。
主要貢獻(xiàn)
力學(xué)
伽利略是第一個把實(shí)驗(yàn)引進(jìn)力學(xué)的科學(xué)家,他利用實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)相結(jié)合的方法確定了一些重要的力學(xué)定律 。1582年前后,他經(jīng)過長久的實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)學(xué)推算,得到了擺的等時性定律 。接著在1585年因家庭經(jīng)濟(jì)困難輟學(xué) 。離開比薩大學(xué)期間,他深入研究古希臘學(xué)者歐幾里得、阿基米德等人的著作 。他根據(jù)杠桿原理和浮力原理寫出了第一篇題為《天平》的論文 。不久又寫了論文《論重力》,第一次揭示了重力和重心的實(shí)質(zhì)并給出準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)表達(dá)式,因此聲名大振 。與此同時,他對亞里士多德的許多觀點(diǎn)提出質(zhì)疑 。
在1589~1591年間,伽利略對落體運(yùn)動作了細(xì)致的觀察 。從實(shí)驗(yàn)和理論上否定了統(tǒng)治千余年的亞里士多德關(guān)于“落體運(yùn)動法則”確立了正確的“自由落體定律”,即在忽略空氣阻力條件下,重量不同的球在下落時同時落地,下落的速度與重量無關(guān) 。根據(jù)伽利略晚年的學(xué)生V.維維亞尼的記載,落體實(shí)驗(yàn)是在比薩斜塔上公開進(jìn)行的:1589年某一天,伽利略將一個重10磅,一個重1磅的鐵球同時拋下,幾乎同時落地,在場的競爭者個個目瞪口呆,在大笑中聳聳肩走了 。但在伽利略的著作中并未明確說明實(shí)驗(yàn)是在比薩斜塔上進(jìn)行的 。因此近年來對此存在爭議 。
伽利略對運(yùn)動基本概念,包括重心、速度、加速度等都作了詳盡研究并給出了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)表達(dá)式 。他在做球滾下的實(shí)驗(yàn)中得出力和加速度的關(guān)系,證明在重力作用下,不論物體質(zhì)量的大小,所得到的加速度都是相同的 。這在力學(xué)史上是一個里程碑 。有了伽利略的重力和加速度的關(guān)系,牛頓后來才能把重力推廣到所有的力,這個關(guān)系都適用;再加上力和受力作用物體質(zhì)量的關(guān)系,就成為牛頓的第二運(yùn)動定律 。這樣 。力學(xué)中的動力學(xué)部分才能建立在科學(xué)的基礎(chǔ)之上 。而在伽利略之前,只有靜力學(xué)部分有定量的描述 。
伽利略曾正式地提出過慣性定律;他在1553年在斜面上做球滾下實(shí)驗(yàn)得出這樣的結(jié)論;運(yùn)動的物體在不受外力作用下(一般為摩擦力)總保留原來的速度 。他稱為慣性原理:“一個沿水平方向運(yùn)動的物體會沿相同方向和速度繼續(xù)運(yùn)動,除非受到外力的干憂” 。牛頓后來把伽利略的這個慣性原理稱為他的第一運(yùn)動定律 。
伽利略還發(fā)展了相對論的基本原理;物理定律在任何作直線恒速運(yùn)動的系統(tǒng)內(nèi)都是相同的,因此沒絕對的運(yùn)動或靜止 。這個原理為牛頓運(yùn)動定律的構(gòu)架,也是愛恩斯坦的,當(dāng)速度接近光速時相對論的構(gòu)架 。可見 。伽利略是牛頓運(yùn)動定律和愛恩斯坦的相對論先驅(qū) 。
伽利略還提出過合力定律,拋射體運(yùn)動規(guī)律,并確立了伽利略相對性原理. 伽利略在力學(xué)方面的貢獻(xiàn)是多方面的 。這在他晚年寫出的力學(xué)著作《關(guān)于兩門新科學(xué)的談話和數(shù)學(xué)證明》中有詳細(xì)的描述 。在這本不朽著作中,除動力學(xué)外,還有不少關(guān)于材料力學(xué)的內(nèi)容 。例如,他闡述了關(guān)于梁的彎曲試驗(yàn)和理論分析,正確地?cái)喽旱目箯澞芰蛶缀纬叽绲牧W(xué)相似關(guān)系 。他指出,對長度相似的圓柱形梁,抗彎力矩和半徑立方成比例 。他還分析過受集中載荷的簡支梁,正確指出最大彎矩在載荷下,且與它到兩支點(diǎn)的距離之積成比例 。伽利略還對梁彎曲理論用于實(shí)踐所應(yīng)注意的問題進(jìn)行了分析,指出工程結(jié)構(gòu)的尺寸不能過大,因?yàn)樗鼈儠谧陨碇亓孔饔孟掳l(fā)生破壞 。他根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出,動物形體尺寸減小時,軀體的強(qiáng)度并不按比例減小 。他說:“一只小狗也許可以在它背上馱兩三只同樣大小的狗,但我相信一匹馬也許連一匹和它同樣大小的馬也馱不起 。”
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