倾角和摩擦系数的不均匀性对伽利略斜面实验核心结果的影响

伽利略斜面实验的核心结果是小球走过的路程正比于时间的平方,但倾角和摩擦系数的局部不均匀性会导致局部加速度的不均匀性.本文用一个简化模型计入倾角和摩擦系数的不均匀性,数值计算发现这些不均匀性不仅引入随机误差,而且导致路程与时间偏离平方关系.如果保持倾角情况不变,减小摩擦系数使球从无滑滚动变为有滑滚动,路程与时间对于平方关系的偏离程度会增大而不是减小.这个结论虽然与直觉相反,但却与物理学史的相关研究得到的结论相符.为了排除小球被释放时的随机因素的影响,本文在实验中设计了零初速度释放小球的装置,还设计了一个更方便的测量摩擦系数的方法.