Det lov om frit fald af Galileo Galilei fastslår, at den tilbagelagte afstand fra et legeme, der frigøres frit fra en bestemt højde, er proportional med kvadratet af den tid, det tager at rejse det.
Og da tiden kun afhænger af højden, rammer alle kroppe jorden på samme tid, uanset deres masse, når de falder fra samme højde..
Galileo, en af de mest geniale forskere nogensinde, blev født i den italienske by Pisa i 1564.
På det tidspunkt blev aristotelisk overbevisning om bevægelsens natur delt af det meste af det videnskabelige samfund. Aristoteles (384-322 f.Kr.) var en bemærkelsesværdig gammel græsk tænker, der havde legemliggjort sin tro på videnskab i de 200 værker, som han menes at have skrevet i hele sit liv.
Kun 31 af disse værker overlevede den dag i dag, og i dem forklarede den græske filosof sin vision om naturen, der er kendt som Aristotelisk fysik. Et af postulaterne er følgende: Når to kroppe falder fra lige højde, når den tungeste altid jorden først..
Galileo satte denne langvarige tro på prøve og begyndte derved udviklingen af videnskab baseret på eksperimenter, en revolution, der fik menneskeheden til at tage sine første skridt uden for Jorden og udvidede det kendte univers til en ikke-mistænkt størrelse..
Artikelindeks
I dag lærer vi os, at alle genstande, uanset deres masse, når jorden på samme tid, når de falder fra en bestemt højde. Dette er fordi alle uden undtagelse bevæger sig med samme acceleration: tyngdekraften. Selvfølgelig, så længe luftmodstand forsømmes.
Vi kan kontrollere det ved at droppe en tung og en let genstand samtidigt og fra samme højde, for eksempel en sten og et krøllet ark papir, og vi vil se, hvordan de når jorden på samme tid..
Galileo var fast besluttet på at teste aristoteliske overbevisninger gennem omhyggelig eksperimentering og matematisk udvikling. Legenden hævder, at han faldt genstande fra toppen af det berømte skæve tårn i Pisa og måler den tid, det tog for hver at falde..
Det er tvivlsomt, at Galileo udtrykkeligt klatrede til toppen af tårnet til dette formål, da det under alle omstændigheder ikke var muligt at foretage en præcis måling af en så kort tid - ca. 3,4 s - med tidens ure..
Men det siges, at Galileo ved en lejlighed samlede mange mennesker ved foden af tårnet for selv at verificere, at faktisk to kroppe af forskellige masser nåede jorden på samme tid..
Imidlertid registrerede den italienske fysiker andre eksperimenter i sine bøger for at studere bevægelse og således finde ud af, hvordan tingene bevæger sig.
Blandt disse er dem med det enkle pendul, som består i at hænge en masse på et let reb og lade den svinge og endda nogle, hvor han forsøgte at måle lysets hastighed (uden succes).
Blandt Galileos mange eksperimenter var en, hvor han brugte et pendul, hvortil han placerede et søm på et mellemliggende tidspunkt mellem begyndelsen af bevægelsen og den laveste position..
Med dette havde han til hensigt at afkorte pendulet, dvs. forkorte det. Når pendulet rammer sømmet, returneres det til startpunktet, hvilket betyder, at pendulets hastighed kun afhænger af den højde, hvorfra det blev frigivet, og ikke af den masse, der hang fra pendulet.
Dette eksperiment inspirerede ham til det næste, en af de mest bemærkelsesværdige udført af den store fysiker, og hvormed han etablerede principperne for kinematik..
Eksperimentet, der fik Galileo til at formulere loven om frit fald var det skråplan, hvorpå han lod blykugler rulle fra forskellige højder og med forskellige tilbøjeligheder. Han forsøgte også at skubbe kuglerne op og måle den højde, de nåede..
Således viste han, at alle kroppe falder med den samme acceleration, så længe friktion ikke griber ind. Dette er en ideel situation, da friktion aldrig forsvinder helt. Imidlertid er et skråt plan af poleret træ en god tilnærmelse..
Hvorfor besluttede Galileo at bruge et skråt plan, hvis han ville se, hvordan ligene faldt?
Meget simpelt: fordi der ikke var passende ure til nøjagtigt at måle faldtiden. Derefter havde han en genial idé: sænk det fald, "glat" tyngdekraften gennem en enhed.
Galileo udførte følgende sekvens og gentog det ”omkring hundrede gange” for at være sikker, som han sagde i sin bog Dialoger om to nye videnskaber:
-Han tog et plan af poleret træ ca. 7 m langt, som han havde bestilt fra en tømrer, og placerede det med en vis hældningsvinkel ikke særlig stor.
-Han lod en kugle rulle ned ad en bestemt afstand.
-Målt rejsetid.
-Han gentog ovenstående med stigende tilbøjeligheder.
Galileo bemærkede, at uanset hældningsvinklen:
-Kuglens hastighed steg med en konstant hastighed - accelerationen-.
-Den tilbagelagte afstand var proportional med kvadratet af den brugte tid.
Og han konkluderede, at dette ville være lige så sandt, hvis rampen var lodret, hvilket bestemt udgør et frit fald..
Hvis d er afstand og t er tid, kan Galileos observation i matematisk form opsummeres som:
d ∝ tto
I dag ved vi, at den proportionalitetskonstant, der kræves for at etablere lighed, er ½ g, hvor g er værdien af tyngdeacceleration, for at opnå:
d = ½ gtto
Den accepterede værdi af g i dag er 9,81 m / sto.
Galileo lod ikke kun kuglerne rulle ned ad planet, han stod også over for to skråplaner for at se, hvor langt op ad en kugle, der fik lov til at glide.
Og han fandt ud af, at kuglen formåede at stige til samme højde, som den startede fra. Derefter faldt hældningsvinklen på det andet plan som vist i nedenstående figur, indtil det var helt vandret.
I alle tilfælde nåede kuglen en højde svarende til startpunktet. Og når det andet plan drejede sig vandret, kunne sfæren bevæge sig på ubestemt tid, medmindre friktionen bremsede det lidt efter lidt..
Galileo betragtes sammen med Isaac Newton, far til fysik. Dette er nogle af bidragene til videnskaben fra hans eksperimenter:
-Begrebet acceleration, der er grundlæggende i studiet af kroppers kinematik, på denne måde lagde Galileo grundlaget for accelereret bevægelse og dermed mekanikerne, som Isaac Newton senere ville styrke med sine tre love.
-Han understregede også vigtigheden af friktionskraften, en styrke, som Aristoteles aldrig havde overvejet..
-Galileo viste, at den kontinuerlige virkning af en kraft ikke er nødvendig for at opretholde bevægelsen af et legeme, da kuglen i mangel af friktion fortsætter med at bevæge sig på ubestemt tid langs planetens overflade..
Endnu ingen kommentarer