第13章 单摆等时性

伽利略是一位虔诚的天主教徒，每周都坚持到教堂做礼拜。1582年的一天，教堂里一个被修理工无意碰到而摆动起来的大吊灯引起了伽利略的注意。他的脑海里突然闪出测量吊灯摆动时间的念头。凭着自己学医的经验，伽利略以脉搏计时，同时数着吊灯的摆动次数。

起初，吊灯摆动速度较大，过了一阵子，吊灯摆动的幅度变小了，摆动速度也变慢了，直到停止了摆动。令伽利略惊奇的是每次测量的结果都表明来回摆动一次需要相同的时间。通过这些测量伽利略发现：吊灯来回摆动一次需要的时间与摆动幅度的大小无关，无论摆幅大小如何，来回摆动一次所需时间是相同的。即吊灯的摆动具有等时性，这就是伽利略最初的发现。

伽利略的试验并没有就此结束，回到房间后，他到处寻找试验所需要的东西。他找来丝线、细绳、大小不同的木球、铁球、石块，用细绳的一端系上小球，将另一端系在天花板上。这样，一个单摆就做成了。用这套装置，伽利略继续测量摆的摆动周期。试验证明，无论用铜球、铁球，还是木球，只要摆长不变，单摆来回摆动一次所用时间就相同。这表明单摆的摆动周期与摆球的质量无关。

为了找出决定摆动周期的因素，伽利略继续从试验中寻找答案。多次试验之后，伽利略发现利用不同的摆长，可以十分简便地得到不同的摆动周期。由此可见，摆的长度是影响摆动周期的惟一因素。在实验基础上通过严密的逻辑推理，伽利略证明了单摆周期与摆长的平方根成正比，与重力加速度的平方根成反比。

但让伽利略沮丧的是，他始终无法对自己发现的这一奇妙规律给出一个明确合理的解释。直到100多年后，当牛顿发现地心引力时，这个规律才有了圆满的解释。

但是伽利略很快就发现可以利用摆来制造一台精确的时钟，而这个建议也一直未被采纳。直到1656年第一架摆钟出现以前，人们仍然经常为短时间计时而感到困难，不得不用脉搏或水滴来粗略地计时。