第22章 數學大發現(2)(2 / 3)

荒謬的結果

卡瓦利裏的《不可分量幾何學》一書,也受到了一些人的責難。原因是使用不可分量的方法,可以推出任意兩個三角形的麵積相等。

他們說,任意作一個兩腰不相等的三角形ABC,由頂點A向對邊BC引高線AD,AD把△ABC分成大小不等的△ABD和△ADC。顯然,△ABD的麵積大於△ADC的麵積。

用不可分量的方法,把△ABD看成是由無窮多條平行於高AD的線段M1N1,M2N2,M3N3,…組成的,寫成式子就是△ABD的麵積=M1N1+M2N2+M3N3+…邊AB邊上的N1,N2,N3,…點,分別引平行於底邊CB的直線,交AC邊於N1,N2,N3,…再過N1′,N2′,N3′…點,引垂直於BC邊的線段N1′M1′,N2′M2′,N3′M3′…由上麵的作法得到M1N1=M1′N1′,M2N2=M2′N2′,M3N3=M3′N3′…根據不可分量的方法,△ADC的麵積又可以看作是由無窮多條平行線段M1′N1′,M2′N2′,M3′N3′,…組成的,所以有等式△ADC的麵積=M1′N1′+M2′N2′+M3′N3′+…=M1N1+M2N2+M3N3+…=△ABD的麵積看來不可分量的方法,一定存在著什麼漏洞。不然的話,怎麼會推出這樣荒謬的結果呢?

問題出在哪兒呢?

三、難求的速度

誰都知道飛機快,火車慢,自行車更慢。可是人們對各種速度的認識,並不都是這麼簡單明白,沒有爭論。

誰先落地

兩件輕重不同的東西,同時從樓上自由下落,哪個先著地?你可能說重的先著地,也可能說重的輕的一起著地,究竟哪個回答對呢?

這個問題,人們很早就注意到了。公元前三百多年,古希臘有個哲學家叫亞裏士多德,他認為輕重不同的兩件物體,從同一高度自由下落,一定是重物先著地。亞裏士多德的名氣很大,“先哲”的話當然不會錯,所以人們把重物先著地的說法當作真理,信奉了2000年。

16世紀末,比利時的工程師斯台文指出,重物先著地的說法是錯誤的。他說,在不考慮空氣阻力的情況下,輕重不同的物體應該同時著地。斯台文還作了實驗,他拿輕重不同的兩件物體,從十米高處同時自由下落,結果是同時著地。

一個不知名的人竟敢說“先哲”的話錯了,竟敢說人們把這個問題認識錯了2000年,哪裏會有人信哩!

著名的比薩斜塔實驗

真理和謬誤不容顛倒。繼斯台文之後,意大利物理學家伽利略,繼續向亞裏士多德的錯誤發起進攻。

與斯台文一樣,伽利略也認為輕重不同的物體應該同時著地。為了回答保守勢力的反對,他於1590年作了一次自由落體實驗。

在意大利比薩城郊有一座傾斜的古塔,伽利略就選擇這個斜塔作為實驗場地,邀請了許多人來參觀,進行了著名的“比薩斜塔實驗”。伽利略讓一個一磅重和一個一百磅重的兩個鉛球,同時由塔頂自由落下,隻聽見“咚”的一聲響,兩個鉛球同時著地了。這“咚”的一聲,宣布了伽利略的勝利,同時也宣告了亞裏士多德統治人們將近2000年的錯誤理論徹底破產!

比薩斜塔實驗,不但使人們承認了物體下落的速度,與物體本身的重量無關;而且還告訴人們,物體在自由下落的過程中,速度不是一成不變的,而是越往下落速度越快。

伽利略還通過實驗發現,自由落體運動的速度變化是有規律的,這就是每過一秒鍾增加約9.8米。因為自由落體是由靜止開始下落,所以第一秒末的速度=9.8米/秒;第二秒末的速度=9.8+9.8=19.6米/秒。

如此等等。如果用g表示9.8,每過一秒,速度就增加一個g,過t秒,速度就變成為gt了。

伽利略第一次找到了關於自由落體運動的公式:

v(速度)=gts(路程)=12=gt2伽利略把實驗方法與數學計算結合起來,為物理學的研究開辟了新的方向。

變速運動

16世紀的歐洲人,認為炮彈是沿著折線飛行的,甚至在教科書裏也這樣講。

為什麼他們會這樣認識呢?估計這是因為在放炮的人看來,炮彈總是沿著直線飛出去的;而在挨炮彈的人看來,炮彈也總是沿著直線從天而降。把兩者合在一起,炮彈就成了按折線飛行的了。

伽利略通過實驗和計算,告訴人們炮彈飛行的路線不是一條折線,而是一條曲線。他還給這條曲線取了一個形象的名字,叫做“拋物線”。與此同時,他還指出飛行中的炮彈和自由下落的物體一樣,速度也在隨時變化,是“變速運動”。

伽利略大膽構思,精心實驗,並且用數學計算論證結論,一連糾正了人們的兩個錯誤認識,為普及科學知識和引起人們對科學研究的興趣,做出了可貴的貢獻。

伽利略求速度的故事就講到這裏。這個故事給我們提出了一個既重要又有趣的問題:變速運動的速度隨時變化,怎樣正確理解和掌握變速運動的“瞬時速度”呢?