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在这一章里我们将研究 时间 和 距离 这两个概念的某些方面。上面我们曾经强调过，物理学像所有其他科学一样是依赖于观察的，人们或许还可以说，物理科学发展到它今天这种形式在很大程度上是由于强调了要进行 定量的观察 。唯有通过定量的观察，人们才能得到定量的关系，这些关系是物理学的核心。
很多人都喜欢把伽利略在350年前所做的工作看作是物理学的开端，并且称他为第一个物理学家。在此之前，对运动的研究是一种哲学上的事情，它所根据的是人头脑中所能想象出来的一些论据。大部分的论据是由亚里士多德和其他希腊哲学家提出的，并且被认为是“已经证明”了的。伽利略采取一种怀疑的态度，关于运动他做了一个实验，这个实验主要是这样的：他让一个球沿一斜面滚下，并且观察它的运动。然而他并不只是观察而已，而且还测量了在 多长一段时间 内小球跑了 多远一段距离 。
在伽利略之前很久，人们已经很好地掌握了测量距离的方法，但是，对于时间的测量，特别是短时间的测量，还没有精确的方法。虽然伽利略后来设计了比较准确的时钟（不过不像我们今天所见到的那样），但他在第一次做运动实验时是用他的脉搏来数出等间隔的时间的。让我们也来做一下这个实验。
当小球沿着轨道滚下时（图5-1），我们可以数自己的脉搏：“一……二……三……四……五……六……七……八……”我们请一个朋友于每数一次就在小球所到达的位置上做一个小记号；然后就可以测量小球从被释放的位置开始在1个、2个或3个相等的时间间隔内所经过的 距离 。伽利略用下面这种方法来表述 他的 观察结果：如果从小球释放的时刻算起，它的位置是在1，2，3，4，……单位时间记下的，那么这些记号离开起点的距离就正比于数1，4，9，16，。……今天我们就会这样说：距离与时间的平方成正比
图5-1 一个小球沿着斜面滚下
s ∝ t 2 。
运动 的研究对所有的物理领域是一件基本的事，它所讨论的问题是：何处？何时？