Серія Галілея Стаття 5 з 7

похилими

Експерименти з падінням куля з нахиленою площиною увійшли в історію науки з двох причин. З одного боку, тому що через них Галілей показує, що тіла падають з постійним прискоренням; або, як він висловився, ідеальні тіла - на які не діють сили тертя або будь-який інший фактор, що заважає падінню - будуть падати на відстань, коли вони падають, збільшуючись із квадратом минулого часу. Ці результати послужили утвердженню механіки як науки і відкрили Ньютону шлях через кілька десятиліть до проголошення законів механіки та всесвітнього тяжіння. Друга причина полягає в тому, що це дало експерименту природну букву та математичне вираження результатів як метод отримання знань. Експерименти вже проводились раніше, також у середні віки, на відміну від того, що думають багато людей, але те, що не було зроблено, - це виражати результати в математичному вираженні, дозволяючи тим самим включити об'єктивну та універсальну мову як засіб вираження наукових фактів.

Проблема вільного падіння полягає в тому, що швидкість падіння дуже швидко зростає, і без високоточних приладів неможливо правильно виміряти час, необхідний для падіння тіла, щоб подолати різні відстані. З цієї причини Галілей шукав альтернативний метод і вважав, що йому слід "розбавити" вплив сили тяжіння. Для цього йому спало на думку скористатися похилими площинами, через які він котив кулі, і виміряти час, необхідний для подолання певних відстаней. Площини з мінімальним нахилом - це ті, які дозволяють проводити точніші вимірювання, оскільки саме вони найбільше «розбавляють» ефект гравітації і сприяють повільнішому темпу падіння, за умови, звичайно, мінімізації тертя чи ефекту. будь-якого іншого фактора, який може заважати. Але для цього йому довелося бути впевненим, що падіння з похилих площин має властивості, еквівалентні вільному падінню, навіть якщо ефект гравітації був «розбавлений».

Виходячи з цього спостереження, Галілей стверджує, що якщо куля скотиться по площині, нахиленій вниз, а потім продовжить рух по іншій площині, нахиленій вгору, куля досягне по своїй траєкторії тієї ж висоти, що і точки, з якої він почав до маятника. І, як і усічений маятник, не має значення, вищий чи менший нахил; Це змінить лише зміну швидкості (яка завжди є максимальною в найнижчій точці), але не висоту, яку вона зберігає, що буде залежати від швидкості, з якою починається підйом.

Якщо ігнорувати послідовні втрати імпульсу внаслідок тертя, стає зрозуміло, що в обох напрямках куля проходить з однаковою швидкістю через найнижчу точку своєї траєкторії, як це відбувається в маятнику, незалежно від нахилу площини. Таким чином, площину можна уявити дедалі більше нахиленою - зі зростаючим нахилом - і куля завжди досягла б найнижчої точки з однаковою швидкістю. Що ж, такий нахил літака, доведеного до крайності, полягав би у падінні м’яча у вільному падінні: м’яч також досяг би найнижчої точки з тією ж швидкістю.

З цього висновку він вже міг проводити експерименти, в яких вимірював час, необхідний кульці, щоб подолати різні відстані. Таким чином він встановив рівняння d = ½ gt 2, в якому d - пройдена кулею відстань, t - час, необхідний для проїзду цієї відстані, і g - значення прискорення внаслідок сили тяжіння, яке залежить від нахилу площини, яка є максимальною, коли падіння вільне, або, що еквівалентно, коли площина перпендикулярна до поверхні землі.

Незважаючи на сумніви, були також автори, які відтворили експерименти так, як їх описав Галілей, і отримали точні результати, які відповідали очікуванням. У будь-якому випадку, немає сумнівів, що Галілей відкрив науковому шляху, який пройшов з тих пір і утвердився як суттєва частина самої наукової практики. І цей експеримент з кульками виходить, навіть якщо він став лише мислительним експериментом, з цієї точки зору, зразковим.

Переглянута бібліографія

Пітер Дір (1995): Дисципліна та досвід: математичний шлях у науковій революції Університет Чикаго Прес

Моріс А. Фіноккіаро (2008): Видавництво Galileo Hackett Publishing Co.

Джон Гріббін (2003): Історія науки 1543-2001 Критика (Science. A History, 1543-2001, 2002, Аллен Лейн)

Хав'єр Ордоньєс, Віктор Наварро та Хосе Мануель Санчес Рон (2003): Історія науки Еспаса Кальпе (розділ "Сучасний вік" Віктора Наварро)

Про автора: Хуан Ігнасіо Перес (@Uhandrea) - професор фізіології УПВ/ЄГУ та координатор кафедри наукової культури в цьому університеті.