Der freie Fall ist eines der interessantesten physikalischen Phänomene, das seit der Antike die Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern und Philosophen auf sich gezogen hat. Darüber hinaus ist es einer dieser Prozesse, mit denen jeder Schüler experimentieren kann.

Ein philosophischer Irrtum von Aristoteles

Die ersten, die die wissenschaftliche Begründung des Phänomens, das heute als freier Fall bekannt ist, unternahmen, waren antike Philosophen. Sie haben natürlich keine Experimente und Experimente gemacht, sondern versucht, es vom Standpunkt ihres eigenen philosophischen Systems aus zu charakterisieren. Insbesondere argumentierte Aristoteles, dass schwerere Körper schneller zu Boden fallen, und erklärte dies nicht durch physikalische Gesetze, sondern nur durch den Wunsch aller Objekte im Universum nach Ordnung und Organisation. Interessanterweise wurden keine experimentellen Beweise erbracht, und diese Aussage wurde als Axiom angesehen.

Galileis Beitrag zur Untersuchung und theoretischen Begründung des freien Falls

Mittelalterliche Philosophen stellten die theoretische Position von Aristoteles in Frage. Obwohl sie dies in der Praxis nicht beweisen konnten, waren sie sich dennoch sicher, dass die Geschwindigkeit, mit der sich Körper ohne Berücksichtigung äußerer Einflüsse auf die Erde zubewegen, gleich bleibt. Von diesen Positionen aus betrachtete der große italienische Wissenschaftler G. Galileo den freien Fall. Nach zahlreichen Experimenten kam er zu dem Schluss, dass die Bewegungsgeschwindigkeit beispielsweise von Kupfer- und Goldkugeln auf dem Boden gleich ist. Das einzige, was dies optisch feststellt, ist der vorhandene Luftwiderstand. Aber selbst in diesem Fall werden, wenn wir Körper mit ausreichend großer Masse nehmen, sie ungefähr zur gleichen Zeit auf der Oberfläche unseres Planeten landen.

Grundprinzipien des freien Falls

Galileo zog aus seinen Experimenten zwei wichtige Schlussfolgerungen. Erstens ist die Fallgeschwindigkeit jedes Körpers unabhängig von seiner Masse und dem Material, aus dem er besteht, gleich. Zweitens bleibt die Beschleunigung, mit der sich ein bestimmtes Objekt bewegt, konstant, dh die Geschwindigkeit nimmt in denselben Zeitintervallen um denselben Betrag zu. Später wurde dieses Phänomen als freier Fall bezeichnet.

Moderne Berechnungen

Allerdings verstand sogar Galileo selbst die relativen Grenzen seiner Experimente. Denn egal, welche Körper er nahm, er konnte es nicht erreichen, dass sie gleichzeitig auf die Erdoberfläche aufschlugen: Damals war es unmöglich, gegen den Luftwiderstand anzukämpfen. Erst mit dem Aufkommen spezieller Geräte, mit deren Hilfe die Luft vollständig aus den Röhren gepumpt wurde, konnte experimentell nachgewiesen werden, dass tatsächlich ein freier Fall stattfindet. In quantitativer Hinsicht stellte sich heraus, dass es ungefähr 9,8 m / s ^ 2 waren, jedoch kamen die Wissenschaftler später zu dem Schluss, dass sich dieser Wert jedoch sehr geringfügig ändert, je nach Höhe des Objekts über dem Boden sowie auf geografische Gegebenheiten.

Das Konzept und die Bedeutung des freien Falls in der modernen Wissenschaft

Derzeit sind alle Wissenschaftler der Meinung, dass der freie Fall ein physikalisches Phänomen ist, das aus der gleichmäßig beschleunigten Bewegung eines Körpers im luftleeren Raum in Richtung der Erdoberfläche besteht. Dabei spielt es überhaupt keine Rolle, ob diesem Körper eine externe Beschleunigung gegeben wurde oder nicht.

Universalität und Konstanz sind die wichtigsten Merkmale dieses physikalischen Phänomens

Die Universalität dieses Phänomens liegt darin, dass die Geschwindigkeit eines freien Falls einer Person oder einer Vogelfeder im Vakuum absolut gleich ist, dh wenn sie gleichzeitig starten, erreichen sie auch die Oberfläche des Erde gleichzeitig.

Aus dem Alltag wissen wir, dass durch die Erdanziehungskraft entfesselte Körper auf die Erdoberfläche fallen. Beispielsweise hängt eine an einem Faden aufgehängte Last bewegungslos, und sobald der Faden durchtrennt ist, beginnt sie senkrecht nach unten zu fallen und erhöht allmählich ihre Geschwindigkeit. Ein Ball, der unter dem Einfluss der Erdanziehungskraft senkrecht nach oben geworfen wird, verringert zunächst seine Geschwindigkeit, stoppt für einen Moment und beginnt herunterzufallen, wobei seine Geschwindigkeit allmählich zunimmt. Auch ein Stein, der unter dem Einfluss der Schwerkraft senkrecht nach unten geworfen wird, erhöht allmählich seine Geschwindigkeit. Der Körper kann auch schräg zum Horizont oder horizontal geworfen werden...

Normalerweise fallen Körper in die Luft, daher werden sie neben der Anziehungskraft der Erde auch vom Luftwiderstand beeinflusst. Und es kann bedeutend sein. Nehmen Sie zum Beispiel zwei identische Blätter Papier, und nachdem wir eines davon zerknittert haben, lassen wir beide Blätter gleichzeitig aus derselben Höhe fallen. Obwohl die Schwerkraft der Erde für beide Blätter gleich ist, werden wir sehen, dass das zerknitterte Blatt schneller den Boden erreicht. Dies geschieht, weil der Luftwiderstand dafür geringer ist als für ein ungefaltetes Blatt. Der Luftwiderstand verzerrt die Gesetze des Fallens von Körpern. Um diese Gesetze zu studieren, müssen Sie also zuerst den Fall von Körpern ohne Luftwiderstand untersuchen. Dies ist möglich, wenn der Fall von Körpern im Vakuum stattfindet.

Um sicherzustellen, dass bei Luftmangel leichte und schwere Körper gleichermaßen fallen, können Sie das Newtonsche Rohr verwenden. Das ist ein etwa einen Meter langes dickwandiges Rohr, dessen eines Ende verschlossen und das andere mit einem Zapfhahn versehen ist. In der Röhre befinden sich drei Körper: ein Pellet, ein Stück Schaumschwamm und eine leichte Feder. Wenn das Rohr schnell umgedreht wird, fällt das Pellet am schnellsten, dann der Schwamm, und als letztes erreicht die Feder den Boden des Rohrs. So fallen Körper, wenn Luft in der Röhre ist. Lassen Sie uns nun die Luft mit einer Pumpe aus dem Rohr pumpen und nachdem Sie das Ventil nach dem Abpumpen geschlossen haben, drehen Sie das Rohr wieder um. Wir werden sehen, dass alle Körper mit der gleichen augenblicklichen Geschwindigkeit fallen und fast gleichzeitig den Boden des Rohrs erreichen.

Der Fall von Körpern im luftleeren Raum allein unter dem Einfluss der Schwerkraft wird als freier Fall bezeichnet.

Wenn die Luftwiderstandskraft im Vergleich zur Schwerkraft vernachlässigbar ist, ist die Bewegung des Körpers nahezu frei (z. B. wenn ein kleiner schwerer glatter Ball fällt).

Da die auf jeden Körper in der Nähe der Erdoberfläche wirkende Schwerkraft konstant ist, muss sich ein frei fallender Körper mit konstanter Beschleunigung bewegen, also gleichmäßig beschleunigt (dies folgt aus dem zweiten Newtonschen Gesetz). Diese Beschleunigung heißt Beschleunigung im freien Fall und ist mit einem Buchstaben gekennzeichnet. Sie ist senkrecht nach unten zum Erdmittelpunkt gerichtet. Der Wert der Erdbeschleunigung in der Nähe der Erdoberfläche kann mit der Formel berechnet werden
(die Formel ergibt sich aus dem Gesetz der universellen Gravitation), g\u003d 9,81 m / s 2.

Die Beschleunigung im freien Fall hängt wie die Schwerkraft von der Höhe über der Erdoberfläche ab (
), von der Form der Erde (die Erde ist an den Polen abgeflacht, daher ist der Polarradius kleiner als der Äquatorialradius, und die Beschleunigung des freien Falls am Pol ist größer als am Äquator: g P = 9,832 m/s 2 ,g äh =9,780 m/s 2 ) und aus Ablagerungen dichter Erdgesteine. An Lagerstätten, beispielsweise Eisenerz, ist die Dichte der Erdkruste größer und auch die Beschleunigung des freien Falls ist größer. Und wo es Ölvorkommen gibt, g weniger. Dies wird von Geologen bei der Suche nach Mineralien genutzt.

Tabelle 1. Beschleunigung des freien Falls in verschiedenen Höhen über der Erde.

Tabelle 2. Beschleunigung des freien Falls für einige Städte.

Da die Beschleunigung des freien Falls nahe der Erdoberfläche gleich ist, ist der freie Fall von Körpern eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung. Es kann also durch die folgenden Ausdrücke beschrieben werden:
und
. Gleichzeitig wird berücksichtigt, dass bei der Aufwärtsbewegung der Geschwindigkeitsvektor des Körpers und der Beschleunigungsvektor des freien Falls in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind, daher haben ihre Projektionen unterschiedliche Vorzeichen. Bei der Abwärtsbewegung sind der Geschwindigkeitsvektor des Körpers und der Beschleunigungsvektor im freien Fall in dieselbe Richtung gerichtet, sodass ihre Projektionen dieselben Vorzeichen haben.

Wenn ein Körper schräg zum Horizont oder horizontal geworfen wird, kann seine Bewegung in zwei zerlegt werden: gleichmäßig beschleunigt vertikal und gleichmäßig horizontal. Dann müssen zur Beschreibung der Bewegung des Körpers zwei weitere Gleichungen hinzugefügt werden: v x = v 0 x und s x = v 0 x t.

Einsetzen in die Formel
Anstelle der Masse und des Radius der Erde bzw. der Masse und des Radius eines anderen Planeten oder seines Satelliten kann man den ungefähren Wert der Beschleunigung des freien Falls auf der Oberfläche eines beliebigen dieser Himmelskörper bestimmen.

Tisch 3 Beschleunigung des freien Falls auf der Oberfläche einiger

Himmelskörper (für den Äquator), m / s 2.

Im antiken Griechenland wurden mechanische Bewegungen in natürliche und gewalttätige Bewegungen eingeteilt. Der Fall des Körpers auf die Erde wurde als natürliche Bewegung angesehen, als eine Art Streben, das dem Körper "an seinen Platz" innewohnt.

Nach der Vorstellung des größten antiken griechischen Philosophen Aristoteles (384-322 v. Chr.) fällt der Körper umso schneller auf die Erde, je größer seine Masse ist. Diese Idee war das Ergebnis primitiver Lebenserfahrung: Beobachtungen zeigten zum Beispiel, dass Äpfel und Apfelblätter unterschiedlich schnell fallen. Das Konzept der Beschleunigung in der antiken griechischen Physik fehlte.

Galileo wurde 1564 in Pisa geboren. Sein Vater war ein talentierter Musiker und ein guter Lehrer. Bis zu seinem 11. Lebensjahr besuchte Galileo die Schule, dann fand seine Erziehung und Ausbildung nach damaligem Brauch in einem Kloster statt. Hier lernte er die Werke lateinischer und griechischer Schriftsteller kennen.

Unter dem Vorwand einer schweren Augenkrankheit gelang es seinem Vater, Galileo aus den Mauern des Klosters zu retten und ihm zu Hause eine gute Ausbildung zu ermöglichen, Musiker, Schriftsteller und Künstler in die Gesellschaft einzuführen.

Im Alter von 17 Jahren trat Galileo in die Universität von Pisa ein, wo er Medizin studierte. Hier lernte er zunächst die Physik des antiken Griechenlands kennen, vor allem die Werke von Aristoteles, Euklid und Archimedes. Unter dem Einfluss der Werke von Archimedes liebt Galileo Geometrie und Mechanik und verlässt die Medizin. Er verlässt die Universität Pisa und studiert vier Jahre Mathematik in Florenz. Hier erschienen seine ersten wissenschaftlichen Arbeiten, und 1589 erhielt Galilei den Lehrstuhl für Mathematik, zuerst in Pisa, dann in Padua. In der Padua-Periode von Galileis Leben (1592-1610) gab es die höchste Blüte der Tätigkeit des Wissenschaftlers. Zu dieser Zeit wurden die Gesetze des freien Falls von Körpern formuliert, das Relativitätsprinzip formuliert, der Isochronismus der Pendelschwingungen entdeckt, ein Teleskop geschaffen und eine Reihe sensationeller astronomischer Entdeckungen gemacht (das Relief des Mondes, die Satelliten von Jupiter, die Struktur der Milchstraße, die Phasen der Venus, Sonnenflecken).

1611 wurde Galileo nach Rom eingeladen. Hier begann er einen besonders aktiven Kampf gegen das kirchliche Weltbild für die Zulassung einer neuen experimentellen Methode zur Erforschung der Natur. Galileo propagiert das kopernikanische System und verärgert damit die Kirche (1616 erklärte eine besondere Gemeinde von Dominikanern und Jesuiten die Lehren von Copernicus für ketzerisch und setzte sein Buch auf die Verbotsliste).

Galileo musste seine Ideen verbergen. 1632 veröffentlichte er ein bemerkenswertes Buch, Dialogue Concerning the Two Systems of the World, in dem er materialistische Ideen in Form einer Diskussion zwischen drei Gesprächspartnern entwickelte. "Dialogue" wurde jedoch von der Kirche verboten, und der Autor wurde vor Gericht gestellt und 9 Jahre lang als "Gefangener der Inquisition" betrachtet.

1638 gelang es Galileo, in Holland das Buch „Conversations and Mathematical Proofs Concerning Two New Branches of Science“ zu veröffentlichen, das seine langjährige fruchtbare Arbeit zusammenfasste.

1637 erblindete er, setzte aber die intensive wissenschaftliche Arbeit mit seinen Schülern Viviani und Torricelli fort. Galileo starb 1642 und wurde in Florenz in der Kirche Santa Croce neben Michelangelo begraben.

Galileo lehnte die altgriechische Klassifikation mechanischer Bewegungen ab. Er führte zuerst die Konzepte der gleichförmigen und beschleunigten Bewegung ein und begann mit dem Studium der mechanischen Bewegung, indem er Entfernungen und Bewegungszeiten maß. Galileis Experimente mit gleichmäßig beschleunigter Bewegung eines Körpers entlang einer schiefen Ebene werden noch heute in allen Schulen der Welt wiederholt.

Galileo widmete der experimentellen Untersuchung des freien Falls von Körpern besondere Aufmerksamkeit. Weltberühmt waren seine Experimente am schiefen Turm von Pisa. Laut Viviani warf Galileo gleichzeitig einen Halbpfund-Ball und eine Hundertpfund-Bombe vom Turm. Entgegen der Meinung. Aristoteles erreichten sie fast gleichzeitig die Erdoberfläche: Die Bombe war der Kugel nur wenige Zentimeter voraus. Galileo erklärte diesen Unterschied durch das Vorhandensein von Luftwiderstand. Diese Erklärung war damals grundlegend neu. Tatsache ist, dass sich seit der Zeit des antiken Griechenlands die folgende Vorstellung vom Mechanismus zum Bewegen von Körpern etabliert hat: Wenn sich der Körper bewegt, hinterlässt er eine Leere; Die Natur hat Angst vor der Leere (es gab ein falsches Prinzip der Angst vor der Leere). Luft strömt ins Leere und drückt den Körper. So wurde angenommen, dass Luft Körper nicht verlangsamt, sondern im Gegenteil beschleunigt.

Als nächstes beseitigte Galileo ein weiteres jahrhundertealtes Missverständnis. Es wurde geglaubt, dass, wenn die Bewegung nicht durch irgendeine Kraft unterstützt wird, sie aufhören sollte, auch wenn es keine Hindernisse gibt. Galilei formulierte als erster das Trägheitsgesetz. Er argumentierte, dass, wenn eine Kraft auf einen Körper wirkt, das Ergebnis ihrer Wirkung nicht davon abhängt, ob der Körper ruht oder sich bewegt. Beim freien Fall wirkt ständig die Anziehungskraft auf den Körper, und die Ergebnisse dieser Wirkung werden kontinuierlich aufsummiert, weil nach dem Trägheitsgesetz die durch die Zeit verursachte Wirkung erhalten bleibt. Diese Darstellung ist die Grundlage seiner logischen Konstruktion, die zu den Gesetzen des freien Falls führte.

Galileo bestimmte die Freifallbeschleunigung mit einem großen Fehler. Im „Dialogue“ gibt er an, dass der Ball innerhalb von 5 s aus 60 m Höhe gefallen ist. Dies entspricht einem g-Wert, der fast der Hälfte des wahren Wertes entspricht.

Galileo konnte g natürlich nicht genau bestimmen, da er keine Stoppuhr hatte. Eine Sanduhr, eine Wasseruhr oder die von ihm erfundene Pendeluhr trugen nicht zum genauen Ablesen der Zeit bei. Die Erdbeschleunigung wurde erst 1660 von Huygens genau bestimmt.

Um eine höhere Messgenauigkeit zu erreichen, suchte Galileo nach Möglichkeiten, die Fallgeschwindigkeit zu reduzieren. Dies führte ihn zu Experimenten mit einer schiefen Ebene.

Methodische Anmerkung. Wenn man über die Werke von Galileo spricht, ist es wichtig, den Schülern die Essenz der Methode zu erklären, die er zur Feststellung der Naturgesetze verwendet hat. Zunächst führte er eine logische Konstruktion durch, aus der die Gesetze des freien Falls folgten. Aber die Ergebnisse der logischen Konstruktion müssen durch Erfahrung verifiziert werden. Erst das Zusammentreffen von Theorie und Erfahrung führt zur Überzeugung von der Gerechtigkeit des Rechts. Dazu müssen Sie messen. Galileo verband auf harmonische Weise die Kraft des theoretischen Denkens mit experimenteller Kunst. Wie kann man die Gesetze des freien Falls überprüfen, wenn die Bewegung so schnell ist und es keine Instrumente gibt, um kurze Zeiträume zu zählen?

Galileo reduziert die Fallgeschwindigkeit durch Verwendung einer schiefen Ebene. In das Brett wurde eine Nut eingebracht, die mit Pergament ausgekleidet war, um die Reibung zu verringern. Eine polierte Messingkugel wurde die Rutsche hinuntergeschleudert. Um die Bewegungszeit genau zu messen, hat Galileo Folgendes entwickelt. In den Boden eines großen Gefäßes mit Wasser wurde ein Loch gemacht, durch das ein dünner Strom floss. Sie ging zu einem kleinen Schiff, das vorläufig gewogen wurde. Das Zeitintervall wurde durch die Gewichtszunahme des Schiffes gemessen! Starten eines Balls aus einer Hälfte, einem Viertel usw. h. der Länge der schiefen Ebene, fand Galileo heraus, dass die zurückgelegten Wege als Quadrate der Bewegungszeit in Beziehung stehen.

Die Wiederholung dieser Experimente durch Galileo kann als Gegenstand nützlicher Arbeit in einem Schulphysikzirkel dienen.

ENTDECKUNG DER GESETZE DES FREIEN FALLS

Im antiken Griechenland wurden mechanische Bewegungen in natürliche und gewalttätige Bewegungen eingeteilt. Der Fall des Körpers auf die Erde wurde als natürliche Bewegung angesehen, als ein inhärentes Verlangen des Körpers "an seinen Platz",
Nach der Vorstellung des größten antiken griechischen Philosophen Aristoteles (384-322 v. Chr.) fällt der Körper umso schneller auf die Erde, je größer seine Masse ist. Diese Idee war das Ergebnis primitiver Lebenserfahrung: Beobachtungen zeigten zum Beispiel, dass Äpfel und Apfelblätter unterschiedlich schnell fallen. Das Konzept der Beschleunigung in der antiken griechischen Physik fehlte.
Zum ersten Mal widersetzte sich der große italienische Wissenschaftler Galileo Galilei (1564 - 1642) der von der Kirche anerkannten Autorität des Aristoteles.

Galileo wurde 1564 in Pisa geboren. Sein Vater war ein talentierter Musiker und ein guter Lehrer. Bis zu seinem 11. Lebensjahr besuchte Galileo die Schule, dann fand seine Erziehung und Ausbildung nach damaligem Brauch in einem Kloster statt. Hier lernte er die Werke lateinischer und griechischer Schriftsteller kennen.
Unter dem Vorwand einer schweren Augenkrankheit gelang es meinem Vater, ihn zu retten. Galileo von den Mauern des Klosters und geben ihm eine gute Ausbildung zu Hause, führen Musiker, Schriftsteller, Künstler in die Gesellschaft ein.
Im Alter von 17 Jahren trat Galileo in die Universität von Pisa ein, wo er Medizin studierte. Hier lernte er zunächst die Physik des antiken Griechenlands kennen, vor allem die Werke von Aristoteles, Euklid und Archimedes. Unter dem Einfluss der Werke von Archimedes liebt Galileo Geometrie und Mechanik und verlässt die Medizin. Er verlässt die Universität Pisa und studiert vier Jahre Mathematik in Florenz. Hier erschienen seine ersten wissenschaftlichen Arbeiten, und 1589 erhielt Galilei den Lehrstuhl für Mathematik, zuerst in Pisa, dann in Padua. In der Padua-Periode von Galileis Leben (1592 - 1610) gab es die höchste Blüte der Tätigkeit des Wissenschaftlers. Zu dieser Zeit wurden die Gesetze des freien Falls von Körpern formuliert, das Relativitätsprinzip formuliert, der Isochronismus der Pendelschwingungen entdeckt, ein Teleskop geschaffen und eine Reihe sensationeller astronomischer Entdeckungen gemacht (das Relief des Mondes, die Satelliten von Jupiter, die Struktur der Milchstraße, die Phasen der Venus, Sonnenflecken).
1611 wurde Galileo nach Rom eingeladen. Hier begann er einen besonders aktiven Kampf gegen das kirchliche Weltbild für die Zulassung einer neuen experimentellen Methode zur Erforschung der Natur. Galileo propagiert das kopernikanische System und verärgert damit die Kirche (1616 erklärte eine besondere Gemeinde von Dominikanern und Jesuiten die Lehren von Copernicus für ketzerisch und setzte sein Buch auf die Verbotsliste).
Galileo musste seine Ideen verbergen. 1632 veröffentlichte er ein bemerkenswertes Buch, Dialogue Concerning the Two Systems of the World, in dem er materialistische Ideen in Form einer Diskussion zwischen drei Gesprächspartnern entwickelte. "Dialogue" wurde jedoch von der Kirche verboten, und der Autor wurde vor Gericht gestellt und 9 Jahre lang als "Gefangener der Inquisition" betrachtet.
1638 gelang es Galileo, in Holland das Buch „Conversations and Mathematical Proofs Concerning Two New Branches of Science“ zu veröffentlichen, das seine langjährige fruchtbare Arbeit zusammenfasste.
1637 erblindete er, setzte aber seine intensive wissenschaftliche Arbeit mit seinen Schülern Viviani und Torricelli fort. Galileo starb 1642 und wurde in Florenz in der Kirche Santa Croce neben Michelangelo begraben.

Galileo lehnte die altgriechische Klassifikation mechanischer Bewegungen ab. Er führte zuerst die Konzepte der gleichförmigen und beschleunigten Bewegung ein und begann mit dem Studium der mechanischen Bewegung, indem er Entfernungen und Bewegungszeiten maß. Galileis Experimente mit gleichmäßig beschleunigter Bewegung eines Körpers entlang einer schiefen Ebene werden noch heute in allen Schulen der Welt wiederholt.
Galileo widmete der experimentellen Untersuchung des freien Falls von Körpern besondere Aufmerksamkeit. Weltweite Berühmtheit erlangten seine Experimente am Schiefen Turm von Pisa. Laut Viviani warf Galileo gleichzeitig einen halben Pfund schweren Ball und eine hundert Pfund schwere Bombe vom Turm. Entgegen der Meinung von Aristoteles erreichten sie fast gleichzeitig die Erdoberfläche: die Bombe nur wenige Zentimeter vor der Kugel. Galileo erklärte diesen Unterschied durch das Vorhandensein von Luftwiderstand. Diese Erklärung war damals grundlegend neu. Tatsache ist, dass sich seit der Zeit des antiken Griechenlands die folgende Vorstellung über den Mechanismus der Bewegung von Körpern etabliert hat: Wenn sich der Körper bewegt, hinterlässt er eine Leere; Die Natur hat Angst vor der Leere (es gab ein falsches Prinzip der Angst vor der Leere). Luft strömt ins Leere und drückt den Körper. So wurde angenommen, dass die Luft den Körper nicht verlangsamt, sondern im Gegenteil beschleunigt.
Als nächstes beseitigte Galileo ein weiteres jahrhundertealtes Missverständnis. Es wurde geglaubt, dass, wenn die Bewegung nicht durch irgendeine Kraft unterstützt wird, sie aufhören sollte, auch wenn es keine Hindernisse gibt. Galilei formulierte als erster das Trägheitsgesetz. Er argumentierte, dass, wenn eine Kraft auf einen Körper wirkt, das Ergebnis ihrer Wirkung nicht davon abhängt, ob der Körper ruht oder sich bewegt. Beim freien Fall wirkt ständig die Anziehungskraft auf den Körper, und die Ergebnisse dieser Wirkung werden kontinuierlich aufsummiert, weil nach dem Trägheitsgesetz die durch die Zeit verursachte Wirkung erhalten bleibt. Diese Darstellung ist die Grundlage seiner logischen Konstruktion, die zu den Gesetzen des freien Falls führte.
Galileo bestimmte die Freifallbeschleunigung mit einem großen Fehler. Im „Dialogue“ gibt er an, dass der Ball innerhalb von 5 s aus 60 m Höhe gefallen ist. Dies entspricht dem Wert g, fast zweimal kleiner als die wahre.
Galileo konnte das natürlich nicht genau bestimmen g, weil er keine Stoppuhr hatte. Eine Sanduhr, eine Wasseruhr oder die von ihm erfundene Pendeluhr trugen nicht zum genauen Ablesen der Zeit bei. Die Erdbeschleunigung wurde erst 1660 von Huygens genau bestimmt.
Um eine höhere Messgenauigkeit zu erreichen, suchte Galileo nach Möglichkeiten, die Fallgeschwindigkeit zu reduzieren. Dies führte ihn zu Experimenten mit einer schiefen Ebene.

Methodischer Hinweis. Wenn man über die Werke von Galileo spricht, ist es wichtig, den Schülern die Essenz der Methode zu erklären, die er zur Feststellung der Naturgesetze verwendet hat. Zunächst führte er eine logische Konstruktion durch, aus der die Gesetze des freien Falls folgten. Aber die Ergebnisse der logischen Konstruktion müssen durch Erfahrung verifiziert werden. Erst die Koinzidenz von Theorie und Erfahrung führt zur Überzeugung der Gerechtigkeit, des Rechts. Dazu müssen Sie messen. Galileo verband auf harmonische Weise die Kraft des theoretischen Denkens mit experimenteller Kunst. Wie man die Gesetze des freien Falls überprüft, wenn die Bewegung so schnell ist und es keine Instrumente zum Zählen kleiner Zeiträume gibt.
Galileo reduziert die Fallgeschwindigkeit durch Verwendung einer schiefen Ebene. In das Brett wurde eine Nut eingebracht, die mit Pergament ausgekleidet war, um die Reibung zu verringern. Eine polierte Messingkugel wurde die Rutsche hinuntergeschleudert. Um die Bewegungszeit genau zu messen, hat Galileo Folgendes entwickelt. In den Boden eines großen Gefäßes mit Wasser wurde ein Loch gemacht, durch das ein dünner Strom floss. Sie ging zu einem kleinen Schiff, das vorläufig gewogen wurde. Die Zeitspanne wurde durch die Gewichtszunahme des Gefäßes gemessen! Indem Galileo eine Kugel von der Hälfte, einem Viertel usw. der Länge einer schiefen Ebene abfeuerte, stellte er fest, dass die zurückgelegten Entfernungen als Quadrate der Bewegungszeit in Beziehung standen.
Die Wiederholung dieser Experimente durch Galileo kann als Gegenstand nützlicher Arbeit in einem Schulphysikzirkel dienen.

Zurück in der Schule, bei einer der Physikstunden, wunderte ich mich über die im Text des Lehrbuchs bestätigte Schlussfolgerung des Lehrers, dass alle Körper, die aus derselben Höhe fallen, unabhängig von der Zeit die Erdoberfläche erreichen werden Masse der fallenden Körper. Natürlich ohne Luftwiderstand.


Es ist klar, dass bei gleichen Beschleunigungen der Körper die Fallgeschwindigkeiten zu jedem Zeitpunkt gleich sind, wenn man die Körper mit gleicher Anfangsgeschwindigkeit aus gleicher Höhe fallen lässt.

v = v0 + gt

Und ich erinnere mich an die Beschreibung des folgenden Experiments, das angeblich von Newton durchgeführt wurde. Aus einem langen Glasrohr wurde Luft gepumpt und gleichzeitig ein Bleigewicht und eine Feder fallen gelassen. Und beide Objekte, beide Körper berührten gleichzeitig den Boden der Röhre. Daher wurde die oben formulierte Schlussfolgerung gezogen.

Dann, in der Schule, dachte ich: Lichtschranken gab es damals ja noch nicht. Wie gelang es dem Wissenschaftler, den Zeitpunkt festzulegen, zu dem die Körper die Oberfläche berührten? Schließlich fallen auf der Erde Körper in weniger als einer Sekunde aus einer Höhe von zwei Metern, und die Reaktion eines Menschen dauert etwa eine Sekunde. Aber was ist, wenn die Körper immer noch nicht gleichzeitig den Boden der Röhre erreichen, aber der Unterschied sehr schwer zu beheben ist?

Versuchen wir es herauszufinden. Falls jemand einen Denkfehler bemerkt - ich bin für jeden konstruktiven Hinweis dankbar.

Bevor Sie fortfahren, müssen Sie sich daran erinnern, wie die Annäherungsgeschwindigkeit zweier Körper berechnet wird. Nehmen wir an, es liegen 600 km zwischen den Städten, und zwei Autos fuhren mit konstanter Geschwindigkeit auf sie zu. Der eine fährt 80 km/h, der andere 120 km/h. In 3 Stunden legt der erste 240 km zurück, der zweite - 360 km, insgesamt - 600 km. Diese. die Autos werden sich treffen, was bedeutet, dass in diesem Fall die Geschwindigkeit addiert werden muss, und um den Moment des Aufeinandertreffens der Körper herauszufinden, teilen Sie einfach die Entfernung zwischen ihnen durch die Gesamtgeschwindigkeit der Annäherung.

Machen wir jetzt ein Gedankenexperiment. Es gibt einen Planeten Erde mit seiner freien Fallbeschleunigung g. Nach dem Newtonschen Gesetz der universellen Gravitation ziehen sich zwei Körper proportional zu ihrer Masse und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen den Körpern an.

Andererseits ist das Gewicht eine Körpermasse m gleich P = mg. In Abwesenheit anderer Kräfte ist das Gewicht eines Körpers auf der Erde gleich der Kraft der gegenseitigen Anziehung zwischen der Erde und dem Körper selbst, d.h. F=P. Wir reduzieren um m und wir erhalten die im obersten Bild gezeigte Formel:

Das Zeichen der ungefähren Gleichheit wird anscheinend durch die Berücksichtigung der ungleichmäßigen Dichteverteilung im Erdkörper verursacht.

Nehmen wir nun an, dass es in einer Entfernung von beispielsweise einem Kilometer von unserer Erde einen anderen Planeten gibt, der genau die gleichen Eigenschaften hat. Solch ein eigenartiger Zwilling - die Erde 2 .

Welche Kräfte wirken darauf? Nur eine: die Schwerkraft der Erde. Unter dem Einfluss dieser Kraft steht die Erde 2 rasen mit hoher Geschwindigkeit auf die Erde zu v=gt.

Aber auch die Gravitationskraft der Erde wirkt auf die Erde 2 ! Diese. auch unser Planet wird mit immer größerer Geschwindigkeit auf die Erde "fallen". 2 . Es ist klar, dass diese beiden Geschwindigkeiten zu jedem Zeitpunkt im absoluten Wert identisch und immer entgegengesetzt gerichtet sind - beide Erden sind in ihren physikalischen Eigenschaften gleich.

Annäherungsgeschwindigkeit v1 wird gleich sein v 1 = GT - (-GT) = 2GT.

Jetzt werden wir anstelle der Erde2 beispielsweise den Mond platzieren. Der Mond hat eine Beschleunigung im freien Fall g Mond etwa 6 mal kleiner als die Erde. Unter der Wirkung desselben universellen Gravitationsgesetzes wird der Mond also mit Beschleunigung auf die Erde fallen g, und die Erde zum Mond mit Beschleunigung g Mond. Dann die Annäherungsgeschwindigkeit v2 anders sein als im ersten Fall, nämlich:

v 2 = gt + g des Mondes * t = (g + g des Mondes) * t.
Wert g + g Monde etwa 1,7 mal weniger als der Wert 2g.

Was geschieht? Der Abstand zwischen den Körpern (Fallhöhe) ist gleich, aber die Fallgeschwindigkeiten sind unterschiedlich. Aber Uns wird versichert, dass die Herbstzeit dieselbe ist für Körper jeder Masse! Dann erhalten wir einen Widerspruch: Die Fallhöhe ist gleich, die Zeit ist gleich, aber die Geschwindigkeiten sind unterschiedlich. So sollte Physik nicht sein. Es sei denn, es hat sich ein Denkfehler eingeschlichen.

Eine andere Sache ist, dass für praktische Berechnungen die Genauigkeit völlig ausreicht, wenn wir die Beschleunigung des freien Falls des Körpers, der auf die Erde fällt, nicht berücksichtigen: Sie ist im Vergleich zum Wert zu klein g aufgrund der Unvergleichbarkeit der Massen der Erde und des fallenden Körpers. Die Masse unseres Planeten beträgt etwa 6 × 10 24 kg, was wirklich mit keinem Körper vergleichbar ist, der auf die Erde fällt.

Die Aussage in Lehrbüchern, dass ohne Luftwiderstand alle Körper mit gleicher Geschwindigkeit auf die Erde fallen, sollte jedoch als falsch anerkannt werden. Auch die Aussage, dass sie mit der gleichen Beschleunigung fallen, ist falsch. Mit praktisch dem gleichen - ja, mit mathematisch und physikalisch genau dem gleichen - nein.

Solche Lehrbuchaussagen verzerren die richtige Wahrnehmung des realen Bildes der Welt.