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伽利略设计了一个巧妙的实验:让小球从一个斜面滚下,然后观察它在另一个斜面上能滚到多高。他发现,无论第二个斜面的角度如何,小球总是试图达到与起始高度几乎相同的高度。
伽利略改变了第二个斜面的角度,从45度逐渐减小到30度,再到15度。他观察到,随着角度的减小,小球需要滚得更远才能达到相同的高度。这个现象让他开始思考:如果角度继续减小会发生什么?
这是伽利略最关键的思想实验:当第二个斜面的角度逐渐减小到零度,变成完全水平的平面时,小球为了达到起始高度将永远滚动下去。在理想情况下,没有摩擦力的阻碍,小球将以恒定的速度做匀速直线运动。
通过这一系列的实验和思想实验,伽利略得出了惯性定律的雏形:在没有外力作用的理想情况下,静止的物体将保持静止,运动的物体将保持匀速直线运动。这个革命性的结论推翻了统治两千年的亚里士多德理论,为后来牛顿第一定律的建立奠定了坚实基础。
伽利略的斜面实验在科学史上具有划时代的意义。它不仅推翻了亚里士多德关于"力是维持运动原因"的错误理论,更重要的是开创了现代科学的研究方法:通过实验观察、理性推理和思想实验相结合来探索自然规律。这一方法论为后来牛顿建立完整的力学体系奠定了基础,标志着现代科学的诞生。