“水球術的聚集速率問題解決了,那麽接下來,就是它的加速階段,加速度是否一樣的問題了。
以前一直假設為加速度穩定不變,雖然最後的測試數據都比較符合,但總感覺不太靠譜的樣子。
原來沒有計時工具,沒辦法測,可以理解,但現在有了單擺,還是要再確認一下為好。”
“至於測加速度的問題。
加速階段,水球一直在快速移動,所以加速距離應該很難測準。
根據加速距離、加速時間和加速度之間的關系,加速距離測不準,只有時間的話,也不能得出加速度。
但還好,能知道總的運動距離,也就是可以測出水球落地和初始位置的距離。
平拋階段,高度一樣的話,平拋時間就一樣。
平拋的水平距離,加上加速階段的水平距離,等於總水平距離。
平拋的水平速度等於加速度乘以加速時間。(此處水球初速度為0)
平拋的水平距離就~,為水平速度乘以自由落體的時間。水平速度等於加速度乘以加速時間。
那也就是說,平拋的水平距離,可以寫成加速時間、加速度和自由落體的時間的表達式。
根據以上的方程,就可以用總距離、自由落體的時間、加速時間來表示加速度。其中自由落體的時間固定,總距離可測,加速時間也可測。”
根據以上的想法,路修遠開始實驗。
當然,為了防止水球在平拋階段散開,影響測量結果,他還專門用豬膀胱做了個外殼,在聚水結束後,加速前,再將之套上綁緊。
少年用出法術後,在加速階段,加速到一定的單擺周期時,停掉法術,讓水球從它的當前位置開始平拋,最後測得水平距離,記錄數據。
接下來,他又在其他單擺周期時繼續上邊的實驗,記錄相關數據。
根據計算結果得知,幾次之間的加速度的表達式都是一樣的。
“也就是說,我現在是,先用勻加速運動來計算,然後測得的數據表示,在不同的時間時間段內,加速度一直不變。
如果加速度一直變的話,那麽得出的加速度表達式就不一樣,也就是不能當勻加速來看待。
不過還有一點,如果加速度剛好在一個單擺周期內不停地變化,但是該階段的總的加速度都表現為同一固定值的話,也會出現這種情況。”
比如:假設單擺周期為10秒,也就是0到10秒、10到20秒、20到30秒三個階段,每個階段的加速效果都相同的話,那麽每個階段的等效加速度(可以看成勻加速運動的加速度)就相等。但這並不妨礙,我在各個階段內,加速度不停地變化。
“這樣的話,那麽就可以多做幾個單擺了。來驗證驗證。”
按照想法,路修遠又做了好幾個不同擺長的單擺,他們的周期時間都不一樣。
完成之後,他又進行了上面相同的實驗。經過計算,加速度在用每一個單擺測試時,都是固定的,都可以表示為該單擺周期的函數表達式。
“看來現在可以很大程度排除上面的那種猜測了,畢竟能夠整除好幾個單擺時間的,應該只有單位時間了吧。單位時間就可以看成最小時間,沒必要,也沒能力再繼續追究下去了。”
比如,給你10個任意的整數,那麽很大可能都可以整除它們的數,就只有1了,而且給的數越多,只有1的可能性就越大。
這裡的1就可以看成單位時間。
“上面還把每次的下落時間看為一致,這個也得驗證下。”
“首先是相同時刻,相同高度的測試。
這不就是兩個鐵球同時落地嗎。
這個比較簡單。先來個思想實驗。
現有兩個鐵球,其質量分別為m1,m2,其中m1>m2。
假設質量大的先落地,那麽m1就應該先落地,而m2後落地。
現在呢,將m1和m2綁在一起為m3,那麽根據假設,m3必然比m1和m2都先落地。
但是m3是由m1和m2連接起來的,而m1先落地,m2後落地,所以m2必然會拖累m1,使其下落速度減慢,那麽可以推出:m3落地時間大於m1。
這點與先前的結論:‘m3必然比m1和m2都先落地’矛盾,所以假設錯誤。這樣可以得出落地時間與質量無關。
這是反證法,上面是質量因素,體積的話,同理可證。
當然了,上面暫時都忽略了空氣阻力的問題。空氣阻力跟形狀、密度、風力和速度等有關的,現階段基本沒法測量。而且低速時,鐵球的阻力可以忽略不計。
其實上面的那個問題,也不用要有兩個鐵球。 只有一個的話,也可以把它看成兩部分,一部分四分之一,另一部分四分之三,鐵球由這兩部分連接起來。
這樣的話,根據假設,就會有兩個落地時間,一個是把小球看成整體的,一個是看成分開的,而且兩個明顯應該不一樣。但客觀事實表示,小球落地只有一個時間,而且不以別人的主觀看法而改變。所以假設錯誤。
鐵球表示:我不能因為你把我看成四分之一和四分之三兩部分,我就這樣落地。或者另一個人把我看成1000份,每份都不均勻的話,那麽我要那樣落地。
我鐵球不要面子啊,還要你來教我怎麽落地。”
雖然話這麽說,但路修遠還是找來了兩個鐵球測試了下,恩~沒發現什麽其他情況。
“接下來還是直接驗證一下重力加速度吧!”
這麽想著,路修遠便根據加速度與距離和時間的關系,驗證了重力加速度的穩定(同一緯度,且低空)。其實就是驗證落地時間是否隻與高度有關。
接下來,他假設單擺為擺長1米時的周期時間為2秒,計算了重力加速度g的大小,恩~也是10,和地球的差不多。
因為這兒還用到了單擺,所以路修遠最後還用了沙漏,來驗證單擺時間周期的穩定問題。當然也沒發現什麽問題。
其實單擺的固定周期時間就是根據固定的重力加速度計算而來,只要重力加速度不變,單擺周期就隻與擺長有關。
“總算解決了水球術的加速問題,順便也解決了時間的問題,還有重力加速度的問題。”