Опыт галилея на пизанской башне кратко

Обновлено: 02.07.2024

Такова легенда. В архивах не сохранилось никаких подтверждений, что такой эксперимент действительно проводился. Более того, пушечное ядро и пуля имеют разный радиус, на них будет действовать разная сила сопротивления воздуха и, поэтому, они не могут достичь земли одновременно. Это понимал и Галилей. Однако он писал, что " . различие в скорости движения в воздухе шаров из золота, свинца, меди, порфира и других тяжелых материалов настолько незначительно, что шар из золота при свободном падении на расстоянии в одну сотню локтей наверняка опередил бы шар из меди не более чем на четыре пальца. Сделав это наблюдение, я пришел к заключению, что в среде, полностью лишенной всякого сопротивления, все тела падали бы с одинаковой скоростью". Предположив, что произошло бы в случае свободного падения тел в вакууме, Галилей вывел следующие законы падения тел для идеального случая:
1. Все тела при падении движутся одинаково: начав падать одновременно, они движутся с одинаковой скоростью
2. Движение происходит с постоянным ускорением.

Вскоре после Галилея были созданы воздушные насосы, которые позволили произвести эксперименты со свободным падением в вакууме. С этой целью Ньютон выкачал воздух из длинной стеклянной трубки и бросил сверху одновременно птичье перо и золотую монету. Даже столь сильно различающиеся по своей плотности тела падали с одинаковой скоростью.

Каждый образованный человек со школьных лет знает о том, что знаменитый итальянский ученый Галилео Галилей заложил основы экспериментальной физики, изучая падающие и скатывающиеся по наклонной поверхности тела. Так, Галилей скатывал металлические шарики по деревянной наклонной поверхности и, используя водяные часы, измерял время, за которое шарики проходили фиксированное расстояние. Тот факт, что с увеличением времени скатывания тела проходят расстояние в четыре раза больше, позволил Галилею опровергнуть мнение Аристотеля о том, что скорость шаров должна быть постоянной, и продемонстрировать наличие ускорения свободного падения на Земле.

С тех пор физики проводили не один эксперимент, используя твердые шарики и гибкие наклонные поверхности.

Открытия Галилео Галилей

Механика

Опыты Галилея с падающими телами

Галилей впервые выяснил, что тяжелые предметы падают вниз так же быстро, как и легкие. Чтобы проверить это предположение Галилео Галилей сбрасывал с Пизанской башни в один и тот же момент пушечное ядро массой 80 кг и значительно более легкую мушкетную пулю массой 200 г. Оба тела имели примерно одинаковую обтекаемую форму и достигли земли одновременно. До него господствовала точка зрения Аристотеля, который утверждал, что легкие тела падают с высоты медленнее тяжелых.
Галилей вывел следующие законы падения тел для идеального случая:
1. Все тела при падении движутся одинаково: начав падать одновременно, они движутся с одинаковой скоростью
2. Движение происходит с постоянным ускорением.

Астрономия

В 1609 Галилей самостоятельно построил свой первый телескоп с выпуклым объективом и вогнутым окуляром. Труба давала приблизительно трёхкратное увеличение. Вскоре ему удалось построить телескоп, дающий увеличение в 32 раза. Наблюдения в телескоп показали, что Луна покрыта горами и изрыта кратерами, звёзды потеряли свои кажущиеся размеры, и впервые была постигнута их колоссальная удалённость, у Юпитера обнаружились собственные луны — четыре спутника, Млечный путь распался на отдельные звёзды, стало видно громадное количество новых звёзд. Галилей открывает фазы Венеры, солнечные пятна и вращение Солнца.

Математика

В 1992 году папа Римский Иоанн Павел Второй официально признал, что инквизиция совершила ошибку, вынудив ученого отречься от своих убеждений.

Бросая шары различного веса с наклонной башни в Пизе, Галилей установил, что все они достигают Земли в одно и тот же время. А ведь до него считалось - и при этом авторитетом был великий греческий мыслитель Аристотель - что шар, который весит в два раза больше, достигнет поверхности вдвое быстрее, нежели тот, что будет вдвое легче, То есть, что скорость падения должна быть пропорциональна весу тела.

Это не подвергалось сомнению, и никто до Галилея не сообразил просто обратиться к самой природе с этим вопросом, дабы получить ответ. И вот Галилей объявил, что все тела падают с одинаковой скоростью, и что скорость всякого падающего тела возрастает с каждой секундой по мере падения предмета.

Ему, естественно, возражали, что это неправда, так как пух, например, будет падать медленнее камня. Но и пух будет падать также, как и камень, если будут падать в стеклянной трубке, из которой мы удалим воздух, насколько это необходимо для нашего опыта. Положим в такую трубку дробинку и пух, затем быстро перевернём её и увидим, что и дробинка, и пух упали на дно трубки одновременно. Это известный опыт из школьного курса физики.

Справедливости ради надо отметить, что о том, бросал ли Галилей шары с Пизанской башни, точно неизвестно, так как в его трудах упоминания об этом нет, а о факте такого опыта написал один из его учеников в биографии Галилео Галилея.

Но сам же великий учёный очень изящно вскрывает противоречие у Аристотеля и описывает это своей книге "О движении". Нужно просто связать более лёгкий предмет с более тяжёлым. И тогда после того, как связанные предметы сбросят с высоты, более лёгкий должен будет тормозить падение тяжёлого. Но ведь когда их свяжут, то их суммарный вес будет больше веса тяжёлого предмета, а значит, и падать они - по Аристотелю - должны быстрее тяжёлого предмета! Получается неразрешимое противоречие для этого случая - двух связанных предметов. Значит, само предположение о том, что предметы разного веса падают с разной скоростью в корне неверно!

Но самое удивительное то, что Галилей увидел и понял - безо всякого содействия работавших до него учёных - то, что было доказано потом Ньютоном и великими учёными в 19 веке. А именно - он увидел, что там, где есть движение, работает сила. Эта идея о силе, вложенной во всякое движение, была высказана Галилеем, и она послужила основанием для целой науки. Имя этой науки - динамика, от греческого слова "сила".

Всем хорошо знакома по многочисленным картинам и фотографиям стройная башня, расположенная в итальянском городе Пиза. Знакома не только своими пропорциями и изяществом, но и нависшей над ней бедой. Башня медленно, но заметно отклоняется от вертикали, будто кланяясь.

Вообразим, что в один из прекрасных летних дней в те далекие годы мы стоим около Пизанской башни, поднимаем голову и видим на верхней галерее… Галилея. Ученый любуется прекрасным видом на город? Нет, он, как шаловливый школьник, бросает вниз разнообразные предметы!

Ажурная Пизанская башня была невольным свидетелем опытов Галилео Галилея.

Вероятно, наше удивление еще больше возрастет, если кто-нибудь в это время скажет, что мы присутствуем при одном из важнейших физических экспериментов в истории науки.

Аристотель, мыслитель широчайшего кругозора, живший в IV веке до нашей эры, утверждал, что легкое тело падает с высоты медленнее тяжелого. Авторитет ученого был так велик, что это утверждение в течение тысячелетий считалось совершенно верным. Наши повседневные наблюдения к тому же часто, казалось бы, подтверждают мысль Аристотеля — медленно и плавно слетают легкие листья с деревьев в осеннем лесу, тяжело и быстро стучит крупный град по крыше…

Внимательное наблюдение за раскачиванием светильников в соборе помогло Галилею установить закономерности движения маятников.

Как будут вести себя оба тела — легкое и тяжелое, если их скрепить вместе? Задав себе этот вопрос, Галилей рассуждал далее: легкое тело должно замедлять движение тяжелого, но вместе они составляют еще более тяжелое тело и, следовательно, обязаны (по Аристотелю) падать еще быстрее.

Где выход из этого логического тупика? Остается только предположить, что оба тела должны падать с одинаковой скоростью.

На эксперименты заметно влияет воздух — сухой лист дерева медленно опускается на землю благодаря ласковым дуновениям ветра.

И Галилей сбрасывает с Пизанской башни в один и тот же момент пушечное ядро массой 80 килограммов и значительно более легкую мушкетную пулю — массой всего 200 граммов. Оба тела достигают земли одновременно!

Галилео Галилей. В нем гармонично сочетались таланты физика-теоретика и экспериментатора.

Галилею хотелось изучить поведение тел, когда они двигаются не так быстро. Он смастерил из длинных деревянных брусков прямоугольный желоб с хорошо отполированными стенками, поставил его наклонно и пускал вниз по нему (осторожно, без толчка) тяжелые шары.

Хороших часов тогда еще не существовало, и Галилей судил о времени, которое уходило на каждый опыт, взвешивая количество воды, вытекавшей через тонкую трубку из большой бочки.

Однажды в соборе, наблюдая, как раскачиваются светильники разного размера и длины, Галилей пришел к выводу, что у всех светильников, подвешенных на нитях одинаковой длины, период раскачивания от одной верхней точки до другой и высота подъемов одинаковы и постоянны — независимо от веса! Как подтвердить необычный и, как выяснилось затем, совершенно верный вывод? С чем сопоставить колебания маятников, где взять эталон времени? И Галилей пришел к решению, которое для многих поколений ученых будет служить образцом блеска и остроумия физической мысли: он сравнил колебания маятника с частотой биения собственного сердца!

Внешний вид и устройство первых маятниковых часов, изобретенных Христианом Гюйгенсом.

Лишь триста с лишним лет спустя, в середине XX века, другой великий итальянец — Энрико Ферми поставит эксперимент, напоминающий достижения Галилея по простоте и точности. Ферми определит силу взрыва первой опытной атомной бомбы по расстоянию, на которое взрывная волна отнесет с его ладони лепестки бумаги…

Постоянство колебаний светильников и маятников одинаковой длины было доказано Галилеем, и на основе этого замечательного свойства колеблющихся тел Христиан Гюйгенс в 1657 году создал первые маятниковые часы с регулярным ходом.

Читайте также: