第8章 吊灯摆动的秘密

1583年的一天，伽利略随父母去比萨大教堂做祷告。教堂里有许多精致的绘画和雕刻，使得大教堂呈现出一片庄严肃穆的宗教气氛。教堂里还挂有一盏长明灯，系在从高高的屋顶上垂下的一根长绳上。

正巧教堂里的点灯人在给长明灯加油，点灯人干完活后顺手将长明灯一推，那灯就晃动起来。挂在绳子上的灯在来回摆动，这是司空见惯的事情，可是，伽利略却看得出神。

其实，那一盞吊灯在教堂里不知道摆动了多少年了，也不知道有多少人看到过它的摆动，但从没有人把它当回事。伽利略的头脑里却对这种习以为常的现象产生了一堆疑问：吊灯的摆动有没有规律？

这时，伽利略已经没有心思做祷告了，他的全部注意力集中在吊灯的摆动上。他仔细地观察了很久。吊灯的摆动幅度开始很大，后来逐渐变小，他想测出吊灯每次摆动的时间间隔。但是教堂里没有钟，没有任何可以计时的东西。

伽利略当时在比萨大学学医，他忽然想起医科老师的话，人的脉搏跳动是有规律的，他知道自己每分钟的心跳数。于是，他按着脉搏进行测量，他测得吊灯每次摆动的时间竟然是相等的。

回到家里，伽利略找来一根细丝绳和一个铁球做实验。他把铁球系在丝绳一端，另一端挂在墙壁的钉上，让铁球先后在距垂直位置不同的起点开始摆动。开始时铁球的摆动幅度很大，后来逐渐变小，然而他发现，不论摆动幅度多大，所需时间都相同。于是，他改变丝绳长度，发现摆动一次的时间随丝绳长度而变化，丝绳越长，摆动一次的时间也越长。

伽利略就这样通过这个实验发现了单摆定律：无论摆动角度多大，一个单摆的摆动周期是不变的。单摆的重量、摆幅的大小与摆动周期无关。但是，随着单摆长度的改变，摆动的周期不一样。

通过这个实验，伽利略还完成了一次小发明。他知道自己的脉搏每分钟跳72次，怎样才能使铁球的摆动也达到这个数目呢？他想，也许绳子短一些，就会摆动得快一些。于是，他缩短了绳子的长度。果然，铁球摆动得快起来了。他反反复复做了好多回试验，终于使铁球每分钟也刚好摆动72次。后来，伽利略利用这一发现制作了一架测脉搏的仪器。

做个小作业

1.选择题 影响单摆运动快慢的因素是：（1）摆锤的重量；（2）摆动的幅度；（3）单摆的长度。（）

2.思考题 单摆运动的回复力来自哪里？

微博士

单摆与单摆运动

用一根长度不变、质量可忽略不计的线悬挂一个质点，即摆球，在重力作用下在铅垂平面内做周期运动，就成为单摆。单摆运动是指单摆的摆球是在圆弧上往复运动，当单摆运动时，其回复力由重力沿圆弧切线方向的分力提供的。

迈出第一步

模仿伽利略方法做个实验

用1条细线和1只螺母模拟吊灯，仿照伽利略的方法，研究螺母摆动的快慢跟摆动幅度之间是否有关。在实验之前，你应设计好实验的过程，如螺母摆动的幅度应取多大，怎样改变摆动的幅度，怎样才能比较精确地测量出螺母摆动一次所需要的时间，实验需要记录哪些数据。