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为什么机械摆钟有个摆锤?这和伽利略看到的一个现象有关

信息来源:noojoo.com  时间:2019-03-27  浏览次数:56

人从来到世界那天起,就离不开“时间”二字。为了让大家明确当前的时间,古时在城邑建有钟楼,还制定了打更制度。后来就出现了机械钟表,到今天报时的工具各种各样,五花八门,我们能从电视广播、电脑网络、手机、智能音箱等多个渠道知道当前的时间。这其中,机械摆钟使用时间最长,直到今天在我们生活中还能看到它。机械摆钟通常有个摆锤,这怎么回事?说起来,这和400多年前伽利略看到一个现象有关。

为什么机械摆钟有个摆锤?这和伽利略看到的一个现象有关

被誉为“现代科学之父”的意大利物理学家伽利略,一生成就斐然,包括我们熟知的日心说、自由落体定律、惯性加速度等经典力学的发现和论证。年青的伽利略还是一个虔诚的天主教徒。1583年的一天,伽利略和往常一样,照例去教堂做礼拜。那一天对伽利略是普通的一天,但是却从此影响了以后400多年的人类生活。

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宏伟的比萨大教堂里,伽利略和其他天主教徒一起祷告,唱赞美歌,虔诚地聆听着神父的讲解。神父讲授告一段落,课间休息时,平时都没怎么注意的那盏大大的吊灯,被门洞进来的风吹得来回摆动,还发出吱吱呀呀地摩擦声。伽利略看得出神,连神父什么时候开始的讲授也没注意,渐渐地,他发现这个吊灯摆动幅度似乎有规律可循。

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伽利略看到:门洞一阵风来,吊灯自然摆动的幅度会很大,随着时间的推移,吊灯摆动的幅度就会越来越小。这两者摆动的周期又是怎样的?他右手搭上左手的脉搏,开始计数,他发现不管这个吊灯摆动的幅度有多大,摆动的周期都是一样的。伽利略顿时来了兴趣,为了进一步验证自己的判断,回家后他做了一个实验。

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伽利略做了一个支架,找来了一根线,吊上重物,让它摆动。通过观察他发现了一个有趣的现象:线的长度不变,摆动周期不变;把线缩短,摆动的频率随之增高,即使是以较小的振幅摆动,将线的长度缩短,摆动的频率也会越来越快。由此,伽利略认为:摆动一次所用的时间,跟所吊物体的重量没有关系,而与摆长有关系。经过反复实验,伽利略最终发现了摆的等时性原理。

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1657年,荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯根据伽利略的这个单摆等时性原理发明了机械摆钟,机械摆钟配有摆锤,一直沿用到今天。单摆等时性原理的发现地比萨大教堂,和伽利略结下了不解之缘,6年后著名的比萨斜塔自由落体实验也在这里进行,由此诞生了自由落体定律。

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