Эксперимент Пизанской башни Галилея - Galileo's Leaning Tower of Pisa experiment
Говорят, что между 1589 и 1592 годами итальянский ученый Галилео Галилей (в то время профессор математики в Пизанском университете ) сбросил две сферы разной массы с Пизанской башни, чтобы продемонстрировать, что время их спуска не зависело от их массы. согласно биографии ученика Галилея Винченцо Вивиани , составленной в 1654 году и опубликованной в 1717 году. Основная посылка была продемонстрирована итальянскими экспериментаторами несколькими десятилетиями ранее.
Согласно рассказу, Галилей в ходе этого эксперимента обнаружил, что объекты падают с одинаковым ускорением, что подтвердило его предсказание и в то же время опровергло теорию гравитации Аристотеля (которая утверждает, что объекты падают со скоростью, пропорциональной их массе). Большинство историков считают, что это был мысленный эксперимент, а не физическая проверка.
Фон
Византийский греческий философ VI века и комментатор Аристотеля Иоанн Филопон утверждал, что аристотелевское утверждение о том, что предметы падают пропорционально их весу, было неверным. К 1544 году, согласно Бенедетто Варчи , посылка Аристотеля была экспериментально опровергнута по крайней мере двумя итальянцами. В 1551 году Доминго де Сото предположил, что предметы в свободном падении ускоряются равномерно. Два года спустя математик Джамбаттиста Бенедетти спросил, почему два шара, железный и деревянный, падают с одинаковой скоростью. Все это предшествовало 1564 году рождению Галилео Галилея .
Аналогичный эксперимент был проведен в Делфте в Нидерландах математиком и физиком Саймоном Стевином и Яном Корнетом де Гроотом (отцом Гуго де Гроота ). Эксперимент описан в книге Стевина 1586 года De Beghinselen der Weeghconst ( Принципы статики ), знаменательной книге по статике :
Возьмем (как это сделал высокообразованный Ян Корнетс де Гроот, прилежный исследователь тайн природы и я) два свинцовых шара, один в десять раз больше и тяжелее другого, и пусть они упадут вместе из 30 футов высотой, и это покажет, что самый легкий мяч не в десять раз длиннее самого тяжелого, но они одновременно падают на землю. ... Это доказывает, что Аристотель неправ.
Эксперимент Галилея
В то время, когда Вивиани утверждает, что эксперимент имел место, Галилей еще не сформулировал окончательную версию своего закона падающих тел . Однако он сформулировал более раннюю версию, в которой предсказывалось, что тела из одного и того же материала, падающие через одну и ту же среду, будут падать с одинаковой скоростью. Это противоречило тому, чему учил Аристотель: тяжелые предметы падают быстрее, чем более легкие, и прямо пропорционально их весу. Хотя эта история неоднократно пересказывалась в популярных источниках, сам Галилей не упоминал о таком эксперименте, и многие историки считают, что это был мысленный эксперимент . Исключением является Стиллман Дрейк , который утверждает, что это имело место, более или менее, как описала Вивиани, как демонстрация для студентов.
Галилей изложил свои идеи о падающих людях и о снарядах в целом в своей книге « Две новые науки» (1638 г.). Двумя науками были наука о движении, которая стала краеугольным камнем физики, и наука о материалах и строительстве, внесшая важный вклад в инженерное дело. Галилей пришел к своей гипотезе с помощью известного мысленного эксперимента, изложенного в его книге « О движении» . Этот эксперимент проходит следующим образом. Представьте, что два объекта, один легкий и один тяжелее другого, связаны друг с другом веревкой. Сбросьте эту систему объектов с вершины башни. Если мы предположим, что более тяжелые объекты действительно падают быстрее, чем более легкие (и, наоборот, более легкие объекты падают медленнее), веревка скоро натянется, поскольку более легкий объект замедляет падение более тяжелого объекта. Но система в целом тяжелее, чем один тяжелый объект, и поэтому должна падать быстрее . Это противоречие приводит к заключению, что предположение неверно.
Поздние выступления
Астронавт Дэвид Скотт выполнил версию эксперимента на Луне во время миссии « Аполлон-15 » в 1971 году, выронив из рук перо и молот. Из-за незначительной лунной атмосферы перо не коснулось земли одновременно с молотом.
Смотрите также
- Предельная скорость (объект, сброшенный через воздух с достаточной высоты, будет достигать постоянной скорости, называемой конечной скоростью, когда сила аэродинамического сопротивления, толкающая тело вверх, уравновешивает гравитационную силу (вес), тянущую тело вниз.)
- Эффект Нордтведта
- Второй закон Ньютона
- Закон инерции
Примечания
дальнейшее чтение
- Адлер, Карл Г. (1978). «Галилей и эксперимент Пизанской башни». Американский журнал физики . 46 (3): 199–201. Bibcode : 1978AmJPh..46..199A . DOI : 10.1119 / 1.11165 .
- Crease, Роберт П. (2006). «Легенда о падающей башне» . В Холле, Линли Эрин (ред.). Законы движения: антология современной мысли . Перепечатка статьи в Physics World , февраль 2003 г. (1-е изд.). Нью-Йорк: Rosen Pub. Группа. С. 8–14 . ISBN 9781404204089.
- Сегре, Майкл (1989). «Галилей, Вивиани и Пизанская башня». Исследования в области истории и философии науки Часть А . 20 (4): 435–451. DOI : 10.1016 / 0039-3681 (89) 90018-6 .