摆动挂灯的启示单摆等时性

17世纪中期以前，人们一直还在沿用古人发明的诸如日晷、沙漏等测量时间的装置。意大利物理学家伽利略发现了摆的等时性以后，惠更斯将摆运用于计时器，人类才进入一个新的计时时代。

自古以来，人类一直在探索测量时间的方法。1656年，荷兰物理学家惠更斯制造出人类历史上第一架计时摆钟，使人类对时间的测量进入崭新的时代。

摆钟是利用单摆的等时性原理测量时间的。单摆的等时性是如何发现的呢？这一功劳要归结于意大利伟大的物理学家——伽利略。

1564年，伽利略出生于意大利比萨城的一个没落的贵族家庭。孩提时的伽利略从不满足别人告诉的道理，喜欢亲自探索、研究和证明问题。1581年，他被送到比萨大学学医。可是，他对医学不感兴趣，却喜欢钻研古希腊的哲学著作，学习数学和自然科学。

伽利略

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，他来到教堂做礼拜。这时，一个随风摆动着的大吊灯映入了伽利略的眼帘，引起他的注意。他聚精会神地观察着，脑海里突然闪出测量吊灯摆动时间的念头，凭着学医的经验，他把右手指按到左腕的脉搏上计时，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。但是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等的。即吊灯的摆动具有等时性。回家后，伽利略做了一套单摆装置，继续测量摆的摆动周期。实验证明，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等。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，伽利略继续从实验中寻找答案。多次的实验之后，他发现摆的长度是影响摆动周期的唯一因素。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。100多年后，当牛顿发现地心引力时，这个规律有了更加圆满的解释。

伽利略盯着天花板计算吊灯摆动的时间。

单摆等时性的发现，奠定了制造摆钟的坚实基础。

继伽利略之后，惠更斯加入了研究摆的工作。惠更斯是和牛顿同时代的物理学家，他最出色的物理工作之一是对摆的研究。在重复伽利略的实验时，惠更斯进一步证明了单摆等时性，并把它应用于计时器上。

1656年，在解决了一系列技术问题之后，惠更斯制成了人类历史上第一架摆钟。这架摆钟由大小、形状不同的一些齿轮组成，利用重锤做单摆的摆锤，由于摆锤可以调节，计时就比较准确。后来，惠更斯和胡克还各自发现了螺旋式弹簧丝的振荡等时性，这为近代游丝怀表和手表的发明创造了条件。

摆钟的诞生标志着人类对时间的测量进入了崭新的阶段，从此，人类更加明确地建立起时间观念，生活也更加具有节奏。

学海拾贝

惠更斯是介于伽利略与牛顿之间一位重要的物理学先驱。在《摆钟论》一书中，他详细地介绍了制作有摆自鸣钟的工艺，还分析了钟摆的摆动过程及特性，首次引进了“摆动中心”的概念。