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与此相对,将东西抛出的“抛物运动”可以称之为手对物体施加外力的强制运动。
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那么当手放开后,物体是在怎样的力的作用下运动的就是个问题了。
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亚里士多德认为“和物体接触的只有空气”,于是他做出了以下说明:“自然不能忍受真空,物体离开手后产生的真空部分是被自然所排斥的,所以会向那个部分注入空气,于是注入的空气会继续推动物体。”
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从现今的角度来看,这个想法实在有些荒唐。但是,他的伟大在其精神中有了体现。这种无论如何都要给运动的本质赋予合理的解释的精神,对科学世界来说是跨时代的。
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这种精神得到了后世的传承。天文学家喜帕恰斯创立了三角函数表,用以说明天体的运动。
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惯性登场
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14世纪的欧洲会用大炮来当作武器,因此,人们开始探索炮弹和弹丸如何运动的“弹道理论”。当时人们并不认同亚里士多德主张的“被打出的炮弹是由空气托起的”,而认为这是一种“与空气对抗的运动”。当时的科学家建立了一个假说,认为施加给炮弹的力是为了推进炮弹才持续运动的(抛物运动)。
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另外,人们认为对于自由落体运动,物体的重量成为它本身的作用力,下落过程中力量不断蓄积,所以对物体的作用力会不断增大——产生加速。
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由此,“惯性”(不受力物体也能保持匀速运动状态)的秘密也渐渐被解开了。
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哥白尼的地动说和伽利略的惯性法则
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这一段登场的是天文学家尼古拉·哥白尼(1473~1543)。他在著作《天体运行论》中提到地球是不断运转的“地动说”是在1514年。但是,对于地球在不断运转的说法人们一时之间很难接受,所以他当时受到了强烈的批判。
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意大利天文学家、物理学家伽利略·伽利雷(1564~1642)明确了惯性运动不需要“外力”(从外部施加的力),“地球以太阳为中心做的圆周运动,正是不需要外力的惯性运动”,证实了哥白尼的正确想法。
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另外,法国哲学家、数学家勒内·笛卡儿从几何学的角度考量,明确了“惯性运动必须是匀速直线运动,所以圆周运动必须要有外力”。
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伽利略和笛卡儿都认为自由落体运动的理论适用于“惯性”,并考察了“下落距离”“下落速度”“下落时间”之间的关系。
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universo é scritto in lingua matematica
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——宇宙是用数学的语言书写的。(伽利略)
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什么是运动(科学家系谱)
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他们认为自由落体运动的原因是“引力”,即地球总是吸引着物体。伽利略通过实验,发现了“下落距离和下落时间的二次方成比例”,笛卡儿通过几何学上的考察证明了“下落速度和下落时间成比例”。
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开普勒的大发现
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如此一来,与“运动”相关的议论都可以汇集到“行星运动”中。
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在哥白尼活跃的时代后大约100年的1619年,庞大而精确的天体观测数据汇聚成了重要的“法则”。
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德国天文学家约翰尼斯·开普勒(1571~1630)发现了行星的运动法则——第一法则(椭圆轨道法则)、第二法则(面积速度一定法则)、第三法则(行星光转周期的二次方和椭圆轨道的长半径的三次方成正比)这三大法则。
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