Дослід Галілея з падінням тіл

Hammer and Feather Drop - ogg/Theora format).

Падіння до Галілея

До Галілео Галілея в фізиці побутувала думка, що важчі тіла повині падати із більшою швидкістю ніж легші. Ці швидкості мали б бути пропорційні масам тіл. Тобто тіло А з вагою у 10 раз більшою за вагу тіла Б має падати із швидкістю в 10 разів більшою за швидкість останнього.

Аристотель визнавав два типи руху природний та вимушений. Згідно з приподнім типом всі тіла намагалися зайняти своє природнє місце у світі, рухаючись до центру світу, або від нього. Так в повітрі шматок дерева намагається рухатися до центру світу, а у воді від нього. коли природній рух не можливий, тоді тіло може рухатися під дією сили. Падіння вважалося природнім рухом. Швидкість падіння описувалася формулою V=F/w де V - швидкість тіла, F - сила бажання тіла зайняти своє природнє місце, w - опір середовища

Деякі вченні вважали, що рухаючись тіло створює за собою пустоту у яку надходить повітря і ніби штовхає тіло.

Уявний експеримент Галілея

У своїй книзі «Бесіди і математичні докази, що стосуються двох нових галузей науки, що відносяться до механіки і місцевого руху» Галілей пише:

... Таким чином, якщо ми маємо два падаючих тіла, природні швидкості яких різні, і з'єднаємо тіло, що рухається швидше з тілом, що рухається повільніше то ясно, що рух тіла, що падає швидше, трохи сповільниться, а рух іншого трохи прискориться.

... Але якщо це так і якщо разом з тим вірно, що більший камінь рухається, скажімо, зі швидкістю вісім «градусів», тоді як інший, менший - зі швидкістю в чотири «градуса», то, з'єднавши їх разом, ми повинні отримати швидкість меншу восьми «градусів», а проте два камені, з'єднані разом, складають тіло, більше початкового, яке має швидкість у вісім «градусів», і, отже, виходить, що більш важке тіло рухається з меншою швидкістю, ніж більш легке, а це суперечить нашим припущенням.

Дослід із киданням об'єктів з Пізанської вежі

До ХХ ст побутувала думка, записана учнем Галілео Вінченцо Вівіані, що Галілео Галілей скидав з Пізанської вежі в один і той же момент гарматне ядро ​​масою 80 кг і значно легшу мушкетну кулю масою 200 г. Обидва тіла мали приблизно однакову обтічну форму і досягли землі одночасно.

В архівах не збереглося жодних підтверджень, що такий експеримент дійсно проводився. Більш того, гарматне ядро ​​і куля мають різний радіус, на них буде діяти різна сила опору повітря і, тому, вони не можуть досягти землі одночасно. Це розумів і Галілей. Однак він писав, що

"... відмінність у швидкості руху в повітрі куль із золота, свинцю, міді, порфіру та інших важких матеріалів настільки незначна, що куля з золота при вільному падінні на відстані в одну сотню ліктів напевно випередив би кулю з міді не більше ніж на чотири пальці. Зробивши це спостереження, я прийшов до висновку, що в середовищі, повністю позбавленому всякого опору, всі тіла падали б з однаковою швидкістю ".

Дослід із коченням по похилій поверхні

Через недосконалість вимірювального обладнання того часу, вільне падіння тіл вивчати було майже неможливо, у пошуках способу зменшення швидкості руху Галілей замінив вільне падіння на кочення по похилій поверхні, де були значно менші швидкості та опір повітря. Було поміченно, що з часом швидкість руху зростає - тіла рухаються з прискоренням. Швидкість та прискорення не залежать ні від маси, ні від матеріалу кулі.

Припустивши, що сталося б у випадку вільного падіння тіл у вакуумі, Галілей вивів наступні закони падіння тіл для ідеального випадку:

1. Всі тіла при падінні рухаються однаково: почавши падати одночасно, вони рухаються з однаковою швидкістю
2. Рух відбувається з постійним прискоренням.

Вчений також зауважив, якщо з'єднати дві похилі поверхні так, щоб скотившись по одній з них, куля підіймалася по іншій, то вона підійметься на ту ж висоту, з якої розпочала рух, незалежно від нахилу кожної з поверхонь.