伽利略：吊灯摆动的启示

在比萨大学学习期间，伽利略做出了第一个重要的科学发现。

1583年的一个星期天，19岁的伽利略穿着整齐，穿过鹅卵石广场，跟随崇拜者进入比萨大教堂前的大铜门。比萨大教堂建于11至12世纪，是整个大教堂建筑群的主要建筑。比萨斜塔是这个建筑群的钟楼，离大教堂不远。从天空往下看，大教堂是一个巨大而宏伟的拉丁十字架。

也许是命运。是一位来访的牧师在这个星期天主持了弥撒。他站在祭坛上，无聊地念叨着上帝的教义。伽利略没多久就厌倦了。周围的信徒发现，穿着长袜绑腿和漂亮外套的年轻人似乎心不在焉。我看见他抬头看，他的眼睛在半圆形大厅里徘徊。

伽利略正在观察摆动的吊灯(网络图)

微弱的光线穿过雕刻成小圆圈的门窗，教堂的高大空间笼罩在一种庄严而神秘的感觉中。

伽利略观看了著名艺术家的金碧辉煌的祭坛、古董木雕和壁画。此时，他的目光落在穹顶*的一盏吊灯上。这是一盏精致的枝形吊灯，在橄榄圆顶上轻轻摇曳。灯坠画了一个美丽的弧线。

伽利略被吊灯的节奏所吸引。突然，一个想法闪过他的脑海。他见过许多摆动的物体，但没有注意到这个惊人的事实。

伽利略发现吊灯随风摆动，摆动的弧长很短，但不管摆动多长，吊灯的往返时间似乎是一样的。

伽利略发现了钟摆定律的枝形吊灯(网络图)

当时，没有精确的计时方法。伽利略记得他在医学课上学到的方法，所以他用脉搏来测量时间。他把右手手指放在左手腕上，眼睛盯着吊灯，心里默默地数着:“一、二、三……”这是一个非常感人的场景。耳边传来了祈祷的低语声，所有的人都虔诚地埋下了头。只有年轻的伽利略抬起头，专注地盯着吊灯。

他反复测量了很多次。在布道结束之前，伽利略已经得出结论，无论吊灯摆动的距离有多长或多短，来回摆动总是需要同样的时间。即使吊灯摆得很慢，在短弧上来回摆动也要花很长时间。

这一发现让伽利略大吃一惊。因为根据习惯思维，短挥杆所需的时间也应该很短。不禁陷入沉思:吊灯的往返时间怎么会与秋千无关呢？

到底是什么决定了摆动时间——钟摆的重量？音量？或者是吊索的长度？

伽利略从大教堂出来时很兴奋。他怀着尝试的愿望匆匆回到大学宿舍，找到了绳子、钩子和一些不同重量的物体，并立即进行了实验。这种感觉是不可靠的，只有通过实验我们才能找到真相。伽利略当时没有意识到他的研究方法是现代实验科学中的第一种方法。

伽利略通过使用不同重量的物体作为摆锤，然后改变绳索的长度和摆锤的体积，制造了许多种“摆锤”。他反复测量这些“钟摆”摆动的时间。他的脉搏是他的手表。他还发现了鹅毛笔和纸，并仔细记录了实验结果。然后从这些记录中寻找规则。

渐渐地，钟摆的运动规律清晰可见。

首先，伽利略发现钟摆的周期，即一次往返的时间，与钟摆的重量无关。如果绳子的长度相同，只有钟摆的重量改变，钟摆的周期不变。实验还表明，摆的周期与摆的体积和形状无关。

伽利略随后使用了相同的钟摆，但依次改变了绳子的长度来进行实验。结果，他发现绳子的长度是一个关键因素。钟摆的绳子越长，钟摆的周期就越长。相反，摆绳越短，摆周期越短。归根结底，一次摆动所需的时间只取决于摆动绳的长度！

这就是著名的钟摆周期定律。