——谈伽利略对运动的研究方式
◇ 卢春辉
（四川省广安市前锋区得胜小学校 广安 638019）
没有谁对经典运动学的研究能像伽利略那样如此深刻地影响着后来的人们。伽利略对运动学的开创性贡献，使他无愧于“近代科学之父”的称号。他所运用的独特的方式——合理外推的理想实验为我们提供了一个光辉的榜样，他的研究方法渗透了理论与实践相结合的原则，同时加入了大胆的有依据的想像因素。
例如在《关于两大世界体系的对话》里，他描述说“石子从船的桅杆上落下来，不论船是运动着还是静止着，都落在同一地点……”伽利略承认“并没有反复做过试验，甚至连一次也没有做过”，但他仍坚持（因为他经过了甚为严密的假设和推理）“不靠实验，我也敢保证结果将和我告诉你的一样，因为它一定会是这样”。下面我们来看一看伽利略是怎样研究自由落体运动和匀速运动的。
自由落体运动由于速度太快，在伽利略时代是很难进行精准的测量的，于是伽利略改从“放慢了的落体运动”即斜面运动入手。他认为，自然界应该是简单而合谐的。自由落体运动是自然界存在的一种加速运动，它应当是最简单的变速运动，即其速度是均匀变化的。这个变化的速度V要么正比于所经过的路程S，要么正比于所经历的时间t。经过简单的数学推理，伽利略认为V应正比于时间t并得出了初速度
伽利略对匀速运动的研究也颇耐人寻味。伽利略认为下落过程的反演是以一定的初速度沿斜面上升的减速运动，那么物体沿某一斜面下滑后，再沿同一倾角的另一斜面上升，经过相等时间，必定会到达下滑前所在的高度上。当然，如果改变第二个斜面的倾角，根据能量守恒原理（虽然这个原理当时尚未提出），物体仍会到达先前同样的高度，只是时间不同而已。第二个斜面越长（倾角越小），所用时间越长。如图所示，物体由A点从静止开始沿光滑斜面下滑到B，再沿倾角相等的斜面BC上升（C与A等高），
根据对称反演特点，物体从B到C的时间必定等于从A到B的下滑时间。
现在，假设物体从AB下滑后改从倾角较小的BD斜面上升。那么它上升时的速度将比较缓慢地减少，到达与A等高的D点用时就相应较多。然后，我们依次让物体从AB下滑后沿倾角更小的斜面BE、BF上升（E、F与A等高），则物体到达E、F的时间就更长；最后，当上升斜面变成水平面BH时，这个BH相当于一个无限长的“斜面”，所以它“上升”到原来的高度就需要无限长的时间，而在每一段有限的时间里物体的速度都不会减低。由于这个所谓的“斜面”既不存在使物体加速的原因，也不存在使物体减速的原因，所以它将做匀速直线运动。事实上，伽利略已经发现了惯性定律（虽然该定律是以牛顿名义发表的）。
值得一提的是，伽利略所做的理想实验所需要的物质条件（如斜面、单摆和碰撞球体等器具）在当时的任何一个文明古国都早已具备，遗憾的是这些国度里没有一个人在这方面有大的作为。可见，在这里起决定作用的乃是一种科学探究精神。没有探索动机，即使偶然发现足以导致伟大定律诞生的现象，却因缺乏透过直观现象深入发掘事物本质联系的科学思维，也不会获得必然的成功。竖直和水平是斜面的两个极端，伽利略巧妙运用合理极限外推的研究方式，很值得我们研究和学习。
参考文献：
[1]关洪。物理学史选讲，北京：高等教育出版社，63—68
[2]人民教育出版社物理室编著。高级中学课本（试验修订本—必修）第一册
论文作者:卢春辉
论文发表刊物:《读写算（新课程论坛）》2017年第8期（上）
论文发表时间:2017/11/16
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