命题xi 定理viii
如果一个物体所受的阻碍部分地按照速度之比,部分地按照速度的二次比,且只由其固有的力在类似的介质中运动;而且时间被取作一算术级数,与速度成反比的量增加一给定的量成一几何级数。
以中心c,直角渐近线cadd和ch画双曲线bee,且ab,de,de平行于渐近线ch。在渐近线cd上点a,g被给定。且如果时间用均匀地增加的双曲线的面积abed表示;我说,速度能用长度df表示,它的倒数gd与给定的cg一起构成按几何级数增长的长度cd。
因为设小面积deed是给定的极小的时间增量,则dd与de成反比且因此与cd成正比。所以1/(gd)的减量,它(由本卷引理ii)是(dd)/(gdq ),如同(cd)/(gdq )或者(cg+gd)/(gdq ),亦即,如同1/(gd)+(cg)/(gdq )。所以,当时间abed由给定的小部分eded相加均匀地增长,1/(gd)按照与速度相同的比减小。因为速度的减量如同阻力,这就是(由假设)如同两个量的和,其中的一个如同速度,另一个如同速度的平方;又1/(gd)的减量如同量1/(gd)及量(cg)/(gdq )的和,其中前者是1/(gd)自己,且后者(cg)/(gdq )如同1/(gd)q :因此1/(gd),由于减量的相似(analogus),如同速度。且如果量gd,它与1/(gd)成反比,增加给定的量cg;它们的和cd,在时间abed均匀地增加时,按几何级数增大。此即所证 。
系理1 所以,如果点a和g给定,时间由双曲线的面积abed表示,则速度能用gd的倒数1/(gd)表示。
系理2 且取ga比gd如同在开始时速度的倒数比在任意时间abed结束时速度的倒数,点g将被发现。当它被发现,由其他任意给定的时间能发现速度。
命题xii 定理ix
对同样的假设,我说,如果[物体]所画出的空间被取作一算术级数,速度增加一给定的量成为一几何级数。
设在渐近线cd上点r被给定,且竖立垂线rs,它交双曲线于s,画出的空间用双曲线的面积rsed表示;又速度如同长度gd,它与给定的cg一起构成的长度按照几何级数减小,在此期间空间rsed按照算术级数增大。
因为,由于空间的减量edde被给定,短线dd,它是gd自身的减量,与ed成反比,且因此与cd成正比,这就是,如同同一个gd和给定的长度cg的和。但是速度的减量,在与它成反比的时间,且在此期间给定的空间的小部分ddee被画出,如同阻力和时间的联合,亦即,与两个量的和成正比,其中一个如同速度,另一个如同速度的平方,且与速度成反比;且因此与两个量的和成正比,其中一个被给定,另一个如同速度。所以速度的减量以及直线gd的减量,如同一个给定量和一个减小的量的联合;且因为减量相似,减小的量总相似;即是速度和[直]线gd相似。此即所证 。
系理1 如果速度由长度gd表示,物体画出的空间如同双曲线的面积desr。
系理2 且如果任意假设点r,通过取gr比gd,如同开始时的速度比画出任意的空间rsed后的速度,发现点g。发现点g后,由给定的速度空间被给定,且反之亦然。
系理3 因此,由于(命题xi)由给定的时间速度被给定,又由本命题由给定的速度空间被给定;从给定的时间,空间将被给定。且反之亦然。
命题xiii 定理x
假设一个物体由向下的均匀的重力吸引而直线上升或下降;并且它所受的阻碍部分地按照速度之比,部分地按照速度的二次比:我说,如果过共轭直径的端点引一个圆的和一条双曲线的直径的平行直线,又速度如同自一个给定的点所引的那些平行线的截段;则时间如同扇形的面积,它被自中心向截段的端点所引的直线割下;且反之亦然。
情形1 首先我们假设物体上升,且以中心d和任意的半直径db画四分之一圆betf,又过半直径db的端点作无穷的[直线]bap平行于半直径df。在其上点a被给定,且截段ap被取得与速度成比例。又由于阻力的一部分如同速度且另一部分如同速度的平方;总的阻力如同apquad. +2bap。连结da,dp截圆于e和t,且重力由daquad. 表示,这样重力比阻力如同daq 比apq +2bap:则上升的总时间如同圆扇形edt。
因为引dvq,割下速度ap的瞬pq,和扇形det的瞬dtv,它对应于时间的一个给定的瞬;又速度的那个减量pq如同重力daq 以及阻力apq +2bap的和,亦即(由《几何原本 》卷2命题12)如同dpquad. 。所以面积dpq,它与pq成比例,如同dpquad. ,且面积dtv,它比面积dpq如同dtq 比dpq ,如同给定的dtq 。所以通过减去给定的小部分dtv,面积随着将来的时间的瞬均匀地减小,且所以与上升的整个时间成比例。此即所证 。
情形2 如果速度在物体上升中用长度ap表示,如同上面,且阻力被假设为如同apq +2bap,且如果重力小于能由daq 表示的,取bd,它的长度使得abq -bdq 与重力成比例,又df垂直且等于db,且过顶点f画双曲线ftve,它的共轭半直径为db和df,且它截da于e,又截dp,dq于t和v;则上升的总时间如同双曲线扇形tde。
因为在给定的时间的小部分产生的速度的减量pq,如同阻力apq +2bap以及重力abq -bdq 的和,亦即,如同bpq -bdq 。但是面积dtv比面积dpq如同dtq 比dpq ;且因此,如果向df落下垂线gt,如同gtq 或者gdq -dfq 比bdq ,且如同gdq 比bpq ,又由分比,如同dfq 比bpq -bdq 。所以,由于面积dpq如同pq,亦即,如同bpq -bdq ;面积dtv如同给定的dfq 。所以在每一相等的时间的小部分,由减去相同数目的给定的小部分dtv,面积edt均匀地减小,且所以与时间成比例。此即所证 。
情形3 设ap为物体在下落时的速度,且apq +2bap为阻力,又bdq -abq 为重力,角dba为一个直角。且如果以中心d,主顶点b,画直角双曲线betv截延长的da,dp和dq于e,t和v;则这个双曲线扇形det如同下落的整个时间。
由于速度的增量pq,且与它成比例面积的dpq,如同重力对阻力的超出,亦即,如同bdq -abq -2bap-apq 或者bdq -bpq 。又面积dtv比面积dpq如同dtq 比dpq ,且因此如同gtq 或者gdq -bdq 比bpq ,又如同gdq 比bdq ,再由分比,如同bdq 比bdq -bpq 。所以,由于面积dpq如同bdq -bpq ,面积dtv将如同给定的bdq 。所以在每一相等的时间的小部分,由加上数目相同的给定的小部分dtv,面积det均匀地增加,且所以与下落的时间成比例。此即所证 。
系理 如果以中心d和半直径da,过顶点a画相似于弧et的弧at,且类似地对着角adt:速度ap比一个速度,物体经时间edt在无阻力的空间能在上升中失去它或者在下落中获得它,如同三角形dap的面积比扇形dat的面积;且因此由给定的时间而被给定。因为速度,在无阻力介质中与时间,且因此与这个扇形成比例;在阻力介质中[速度]如同三角形;且在两种介质中,当速度极小,它接近等量之比,正如扇形和三角形的表现。
解释
在物体上升时,此种情形亦被证明:当重力小于能由daq 或者abq +bdq 所表示的,以及大于能由abq -bdq 所表示的,因而必须用abq 表示。但是我急于转向其他问题。
命题xiv 定理xi
对同样的假设,我说,上升或者下降所画出的空间,如同表示时间的面积与另一以算术级数增加或者减小的面积的差;如果由阻力和重力合成的力被取作几何级数。
解释
球形物体在流体中的阻力部分来源于黏性,部分来源于摩擦,且部分来源于介质的密度。且阻力的那个部分,它来源于流体的密度,我们说它按照速度的二次比;另一部分,它来源于流体的黏性,是均匀的,或者如同时间的瞬;且因此现在可以进而论及物体的运动,它所受阻碍部分地为均匀的力或者按照时间的瞬的比,且部分地按照速度的二次比。在前面的命题viii和ix,以及它们的系理中,对打开这一主题的探究之路已很充分。因在那些命题中,对上升物体的均匀阻力,它来源于它的重力,能用来源于介质的黏性的均匀阻力代替,当物体仅由其自身固有的力(vis insita)运动时;在物体直线上升时,可能重力要加上这个均匀阻力;在物体直线下落时,减去它。而且可以进而论及物体的运动,其所受的阻碍部分是均匀的力,部分按照速度之比,且部分按照速度的二次比。且我已在前面的命题xiii和xiv中开辟了道路,其中来源于介质的黏性的均匀阻力能代替重力,或者如上面那样与它复合。但我急于其它问题。