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标题: 伽利略对计量科学的贡献 [打印本页]

作者: wangyoo2003 时间: 2016-8-22 23:39
标题: 伽利略对计量科学的贡献
伽利略（1564-1642）是伟大的物理学家、力学家和天文学家，也是近代实验物理学的奠基者，早期对计量学也做出了重要贡献。

伽利略的全名是伽利略·伽利雷（Galileo Galilei），于1564年2月15日出生于意大利的比萨城。他的父亲是一位数学家，不过，这位数学家却反对自己的儿子学数学，他希望伽利略能够成为一位医生。因为在当时，医生的收入是数学家收入的30倍，老伽利雷自然希望儿子能通过学医而过上衣食丰饶的生活。

1581年，根据父亲的安排，伽利略17岁进入了比萨大学，成了一名医学学生。但是命运似乎注定要跟老伽利雷开玩笑，在1583年伽利略听了几次关于欧几里德几何学的演讲，又独立做了些力学研究，发现自己不仅喜欢数学和科学，而且在这方面还颇有天分，于是他找到父亲，希望父亲能够同意自己转而学习自然科学。

对伽利略的请求，老伽利雷虽然不太情愿，但还是勉强同意了伽利略去学自然科学。后来的事实证明，他的态度的这一转变太值得后人庆幸了，虽然意大利因为他的这一决定少了一位医道高明的医生，但却有了一位近代科学的奠基人。近代科学正是沿着伽利略开辟的道路发展起来的。

说来也巧，伽利略对计量科学的第一个贡献正是他在当医学学生时做出来的，那是1581年的一天，伽利略到比萨的一个教堂做礼拜，千篇一律的宗教仪式使他觉得乏味，无意之间，他把目光投向了教堂里悬挂着的一盏吊灯。这盏吊灯在气流的作用下来回摆动，它的摆动不太规则，有时是小圆弧，有时则划过的圆弧稍大些。伽利略敏锐地注意到，不管其摆动幅度有什么变化，摆动一次所用的时间却总是相同的。为了证实自己的发现，他数着自己的脉搏做了测量，而且回到家里以后，又做了两个同样长度的摆，让它们摆动，使其中一个摆动的幅度大，另一个摆动的幅度小。通过这样的实验，他证实了自己的发现：两个摆摆动一次所需时间果然是一样的。证实了这个发现之后，他经过钻研，把摆做成了“脉搏计”，应用到测量病人的脉搏上去，受到当时医生们的欢迎。“脉搏计”成了他短暂的学医期间对医学所做出的贡献。

实际上，伽利略的发现有更深刻的意义，因为摆的这种等时性是近代机械钟表制造的科学依据。当然，要把这一发现应用到钟表制造上去，还有很多工作要做，首先是对影响摆动的有关因素加以探讨。例如，摆锤的重量、材料对摆动周期有什么影响？空气的阻力对不同材料做成的摆锤的摆动有什么影响？摆线长短与摆动周期有什么关系？等等。伽利略用实验的方法来解决这些问题。在用两个摆做实验时，他把一个摆系上用软木做成的摆锤，而另一个则系上用铅做成的摆锤，两个摆的摆线长度是一样的。当这两个摆在同一时刻以同样的方式开始摆动时，它们摆动的周期是一样的，每次所经历的弧长也相同。在多次摆动之后，二者的运动仍看不出明显的差别。由此，伽利略得出结论说，摆的摆动周期跟摆锤的材料和重量没有关系，空气阻力对其也没有多大作用。对同一个摆，伽利略又用改变摆线长度的方法，探讨摆长与摆动周期的关系。经过反复实验，他发现摆动周期跟摆长的平方根成正比。这些发现，使人们对单摆的摆动规律有了比较清楚的认识。

现在看来，伽利略做实验时摆的摆动幅度一定不太大，因为摆的等时性仅仅在摆做沿旋轮线的运动时才成立，而在摆沿着弧线运动时不成立。但是在摆动幅度不大的情况下，二者的差异可以忽略不计。因此，在小角度摆动的情况下，伽利略的发现仍然是正确的。

摆的等时性的发现，使伽利略意识到有可能把它应用到机械钟表的制造上。既然摆的摆动是等时的，只要让摆跟时钟机构结合起来，使摆不停地摆动，记下它摆动的次数，就能得到准确的时间。伽利略把这一设想告诉了他的儿子芬琴齐奥和学生维维安尼，让他们动手研制摆钟。他们绘制出了草图，但还未等研制成功，芬琴齐奥就去世了，研制工作只好半途而废。在伽利略去世十多年后，荷兰科学家惠更斯根据伽利略的发现，成功地研制出了达到相当准确度的摆钟。正是伽利略的发现,促成了近代时间计量正式登上了历史舞台。

伽利略也是温度计量的创始人。在伽利略之前，人们已经知道，温度的变化会引起一些物体物态的变化。但人们从未实现过对温度变化的定量测试，是伽利略最先做到了这一点。1593年伽利略在实验中发明了能测量温度变化的仪器，该仪器是利用空气的热胀冷缩效应制成的，它的主体是一根下端开口，上端呈泡状的封闭玻璃管。使用时，该玻璃管的下端插在一个盛有水的容器中，玻璃管上标有刻度，当外界气温变化时，玻璃泡中的空气就会相应地膨胀或收缩，于是玻璃管中的水就相应地下降或上升，其变化幅度通过玻璃管上的刻度可以表现出来，于是温度的变化也就被定量地反映了出来。

伽利略的温度计还很原始。首先，在他的温度计里，玻璃管中水柱长度的变化并不仅仅取决于外界气温的变化，它还会受到外界大气压变化的影响。再者，玻璃管上的刻度也比较随意，没有建立科学的温标划分，因而使用该温度计测量温度时，不能满足计量对于标准化和统一化的要求。但无论如何，伽利略毕竟是应用空气的热胀冷缩效应定量测试温度变化的第一人。他的尝试，引起了人们对研制温度计的热情，这种热情持久不衰，终于导致了科学的温度计的诞生，导致了温度计量的诞生。

伽利略对计量的贡献还不仅仅于此。1586年，伽利略写成了《小天平》(1655年出版)一书，叙述了他创制的能够迅速测量合金成分的流体静力学天平。1609年，他发明了望远镜，从而开创了天体空间方位精密测试的新纪元；为了否定亚里士多德学派关于空气具有“轻”的性质的说法，他巧妙地测定了一定体积空气的重量，从而为大气压学说的诞生准备了初步条件。他对计量的最大贡献在于，他建立了数学和实验相结合的科学方法，做出了一系列振聋发聩的科学发现，从而导致了近代科学的诞生。而近代计量是建立在近代科学基础之上的，从这个意义上讲，伽利略是近代计量的奠基人。

作者: darny 时间: 2016-8-23 00:44
谢谢分享

作者: 爱上阿南 时间: 2016-8-23 00:46
这贴子你会收藏吗

作者: 一条龙 时间: 2016-8-23 01:56
哈哈我支持你

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