Jatuh bebas adalah salah satu fenomena fisik yang paling menarik, yang telah menarik perhatian para ilmuwan dan filsuf sejak zaman kuno. Selain itu, ini adalah salah satu proses yang dapat dicoba oleh siswa mana pun.

Sebuah Kesalahan Filosofis oleh Aristoteles

Yang pertama melakukan pembuktian ilmiah dari fenomena tersebut, yang sekarang dikenal sebagai jatuh bebas, adalah para filsuf kuno. Mereka, tentu saja, tidak melakukan eksperimen dan eksperimen apa pun, tetapi mencoba mengkarakterisasinya dari sudut pandang sistem filosofis mereka sendiri. Secara khusus, Aristoteles berpendapat bahwa benda yang lebih berat jatuh ke tanah dengan kecepatan yang lebih tinggi, menjelaskan hal ini bukan oleh hukum fisika, tetapi hanya oleh keinginan semua benda di alam semesta untuk keteraturan dan organisasi. Menariknya, tidak ada bukti eksperimental yang dihasilkan, dan pernyataan ini dianggap sebagai aksioma.

Kontribusi Galileo untuk studi dan pembenaran teoretis tentang jatuh bebas

Filsuf abad pertengahan mempertanyakan posisi teoritis Aristoteles. Karena tidak dapat membuktikan hal ini dalam praktik, mereka tetap yakin bahwa kecepatan gerak benda-benda ke bumi, tanpa memperhitungkan pengaruh eksternal, tetap sama. Dari posisi inilah ilmuwan besar Italia G. Galileo menganggap jatuh bebas. Setelah melakukan banyak percobaan, ia sampai pada kesimpulan bahwa kecepatan gerakan, misalnya, bola tembaga dan emas ke tanah adalah sama. Satu-satunya hal yang mencegah hal ini terbentuk secara visual adalah adanya hambatan udara. Tetapi bahkan dalam kasus ini, jika kita mengambil benda dengan massa yang cukup besar, mereka akan mendarat di permukaan planet kita pada waktu yang hampir bersamaan.

Prinsip dasar jatuh bebas

Galileo menarik dua kesimpulan penting dari eksperimennya. Pertama, laju jatuhnya benda apa pun, terlepas dari massanya dan bahan dari mana benda itu dibuat, adalah sama. Kedua, percepatan dengan mana suatu benda bergerak tetap bernilai konstan, yaitu, kecepatan meningkat dengan jumlah yang sama selama interval waktu yang sama. Selanjutnya, fenomena ini disebut jatuh bebas.

Perhitungan modern

Namun, bahkan Galileo sendiri memahami keterbatasan relatif dari eksperimennya. Lagi pula, tidak peduli tubuh apa yang dia ambil, dia tidak dapat mencapai bahwa mereka menyentuh permukaan bumi pada saat yang sama: tidak mungkin untuk melawan hambatan udara pada masa itu. Hanya dengan munculnya peralatan khusus, dengan bantuan yang udaranya benar-benar dipompa keluar dari tabung, adalah mungkin untuk secara eksperimental membuktikan bahwa jatuh bebas benar-benar terjadi. Secara kuantitatif, ternyata sekitar 9,8 m / s ^ 2, namun, kemudian, para ilmuwan sampai pada kesimpulan bahwa nilai ini berubah, namun, sangat sedikit, tergantung pada ketinggian objek di atas tanah, serta pada kondisi geografis.

Konsep dan makna jatuh bebas dalam sains modern

Saat ini, semua ilmuwan berpendapat bahwa jatuh bebas adalah fenomena fisik yang terdiri dari gerakan yang dipercepat secara seragam dari suatu benda yang ditempatkan di ruang hampa udara menuju permukaan bumi. Dalam hal ini, sama sekali tidak masalah apakah ada percepatan eksternal yang diberikan ke tubuh ini atau tidak.

Universalisme dan keteguhan adalah karakteristik terpenting dari fenomena fisik ini

Universalitas fenomena ini terletak pada kenyataan bahwa kecepatan jatuh bebas seseorang atau bulu burung dalam ruang hampa mutlak sama, yaitu, jika mereka mulai pada saat yang sama, mereka juga akan mencapai permukaan bumi. bumi secara bersamaan.

Dari kehidupan sehari-hari, kita tahu bahwa gravitasi bumi menyebabkan benda-benda, yang dibebaskan dari ikatan, jatuh ke permukaan bumi. Misalnya, beban yang tergantung pada seutas benang tidak bergerak, dan segera setelah benang dipotong, ia mulai turun secara vertikal ke bawah, secara bertahap meningkatkan kecepatannya. Sebuah bola yang dilemparkan secara vertikal ke atas, di bawah pengaruh gravitasi bumi, pertama-tama mengurangi kecepatannya, berhenti sejenak dan mulai jatuh, secara bertahap meningkatkan kecepatannya. Sebuah batu yang dilemparkan secara vertikal ke bawah, di bawah pengaruh gravitasi, juga secara bertahap meningkatkan kecepatannya. Tubuh juga dapat dilemparkan pada sudut ke cakrawala atau horizontal ...

Biasanya benda jatuh di udara, oleh karena itu, selain daya tarik Bumi, mereka juga dipengaruhi oleh hambatan udara. Dan itu bisa menjadi signifikan. Ambil, misalnya, dua lembar kertas yang identik dan, setelah meremas salah satunya, kami menjatuhkan kedua lembar secara bersamaan dari ketinggian yang sama. Meskipun gravitasi bumi sama untuk kedua lembaran, kita akan melihat bahwa lembaran yang kusut mencapai tanah lebih cepat. Ini terjadi karena hambatan udara untuk itu kurang dari lembaran yang tidak dilipat. Hambatan udara mendistorsi hukum benda jatuh, jadi untuk mempelajari hukum ini, pertama-tama Anda harus mempelajari jatuhnya benda tanpa adanya hambatan udara. Hal ini dimungkinkan jika jatuhnya tubuh terjadi dalam ruang hampa.

Untuk memastikan bahwa dengan tidak adanya udara, baik benda ringan dan berat jatuh sama rata, Anda dapat menggunakan tabung Newton. Ini adalah tabung berdinding tebal dengan panjang sekitar satu meter, salah satu ujungnya disegel dan ujung lainnya dilengkapi dengan keran. Ada tiga tubuh di dalam tabung: pelet, sepotong spons busa dan bulu ringan. Jika tabung cepat dibalik, maka pelet akan jatuh paling cepat, kemudian spons, dan yang terakhir mencapai dasar tabung adalah bulu. Ini adalah bagaimana tubuh jatuh ketika ada udara di dalam tabung. Sekarang kita memompa keluar udara dari tabung dengan pompa dan, menutup katup setelah memompa keluar, membalik tabung lagi, kita akan melihat bahwa semua benda jatuh dengan kecepatan sesaat yang sama dan mencapai dasar tabung hampir bersamaan.

Jatuhnya benda-benda di ruang hampa udara di bawah pengaruh gravitasi saja disebut jatuh bebas.

Jika gaya hambatan udara dapat diabaikan dibandingkan dengan gaya gravitasi, maka gerakan tubuh sangat dekat dengan bebas (misalnya, ketika bola kecil yang halus dan berat jatuh).

Karena gaya gravitasi yang bekerja pada setiap benda di dekat permukaan bumi adalah konstan, benda yang jatuh bebas harus bergerak dengan percepatan konstan, yaitu, dipercepat secara seragam (ini mengikuti hukum kedua Newton). Percepatan ini disebut percepatan jatuh bebas dan ditandai dengan huruf. Itu diarahkan secara vertikal ke pusat Bumi. Nilai percepatan gravitasi di dekat permukaan bumi dapat dihitung dengan rumus
(rumus diperoleh dari hukum gravitasi universal), g\u003d 9,81 m / s 2.

Percepatan jatuh bebas, seperti gravitasi, tergantung pada ketinggian di atas permukaan bumi (
), dari bentuk Bumi (Bumi rata di kutub, sehingga jari-jari kutub lebih kecil dari khatulistiwa, dan percepatan jatuh bebas di kutub lebih besar daripada di khatulistiwa: g P =9,832 m/s 2 ,g uh =9,780 m/s 2 ) dan dari endapan batuan terestrial yang padat. Di tempat-tempat endapan, misalnya bijih besi, kerapatan kerak bumi lebih besar dan percepatan jatuh bebas juga lebih besar. Dan di mana ada deposit minyak, g lebih sedikit. Ini digunakan oleh ahli geologi dalam mencari mineral.

Tabel 1. Percepatan jatuh bebas pada ketinggian yang berbeda di atas bumi.

Meja 2. Percepatan jatuh bebas untuk beberapa kota.

Karena percepatan jatuh bebas di dekat permukaan bumi adalah sama, jatuh bebas benda adalah gerakan dipercepat yang seragam. Sehingga dapat digambarkan dengan ungkapan berikut:
dan
. Pada saat yang sama, diperhitungkan bahwa ketika bergerak ke atas, vektor kecepatan tubuh dan vektor percepatan jatuh bebas diarahkan ke arah yang berlawanan, oleh karena itu proyeksi mereka memiliki tanda yang berbeda. Ketika bergerak ke bawah, vektor kecepatan benda dan vektor percepatan jatuh bebas diarahkan ke arah yang sama, sehingga proyeksi mereka memiliki tanda yang sama.

Jika sebuah benda dilemparkan pada sudut ke cakrawala atau horizontal, maka gerakannya dapat didekomposisi menjadi dua: dipercepat secara vertikal dan seragam secara horizontal. Kemudian, untuk menggambarkan gerakan tubuh, dua persamaan lagi harus ditambahkan: v x = v 0 x dan s x = v 0 x t.

Substitusi ke rumus
alih-alih massa dan jari-jari Bumi, masing-masing, massa dan jari-jari beberapa planet lain atau satelitnya, seseorang dapat menentukan nilai perkiraan percepatan jatuh bebas di permukaan salah satu benda langit ini.

Tabel 3 Percepatan jatuh bebas di permukaan beberapa

benda langit (untuk ekuator), m / s 2.

Di Yunani kuno, gerakan mekanis diklasifikasikan menjadi alami dan kekerasan. Jatuhnya tubuh ke Bumi dianggap sebagai gerakan alami, semacam perjuangan yang melekat pada tubuh "ke tempatnya",

Menurut gagasan filsuf Yunani kuno terbesar Aristoteles (384-322 SM), benda jatuh ke Bumi semakin cepat, semakin besar massanya. Ide ini adalah hasil dari pengalaman hidup primitif: pengamatan menunjukkan, misalnya, bahwa apel dan daun apel jatuh pada kecepatan yang berbeda. Konsep percepatan dalam fisika Yunani kuno tidak ada.

Galileo lahir di Pisa pada tahun 1564. Ayahnya adalah seorang musisi berbakat dan guru yang baik. Sampai usia 11, Galileo bersekolah, kemudian, sesuai dengan kebiasaan waktu itu, pendidikan dan pendidikannya berlangsung di sebuah biara. Di sini ia berkenalan dengan karya-karya penulis Latin dan Yunani.

Dengan dalih penyakit mata yang parah, ayahnya berhasil menyelamatkan Galileo dari tembok biara dan memberinya pendidikan yang baik di rumah, memperkenalkan musisi, penulis, dan seniman ke dalam masyarakat.

Pada usia 17, Galileo masuk Universitas Pisa, di mana ia belajar kedokteran. Di sini ia pertama kali berkenalan dengan fisika Yunani kuno, terutama dengan karya-karya Aristoteles, Euclid dan Archimedes. Di bawah pengaruh karya Archimedes, Galileo menyukai geometri dan mekanika dan obat-obatan daun. Dia meninggalkan Universitas Pisa dan belajar matematika di Florence selama empat tahun. Di sini karya ilmiah pertamanya muncul, dan pada 1589 Galileo menerima kursi matematika, pertama di Pisa, lalu di Padua. Pada periode Padua kehidupan Galileo (1592-1610) ada aktivitas ilmuwan berbunga tertinggi. Pada saat ini, hukum jatuh bebas benda, prinsip relativitas dirumuskan, isokronisme osilasi pendulum ditemukan, teleskop dibuat dan sejumlah penemuan astronomi sensasional dibuat (relief Bulan, satelit Jupiter, struktur Bima Sakti, fase Venus, bintik matahari).

Pada tahun 1611 Galileo diundang ke Roma. Di sini ia memulai perjuangan yang sangat aktif melawan pandangan dunia gereja untuk menyetujui metode eksperimental baru untuk mempelajari alam. Galileo menyebarkan sistem Copernicus, dengan demikian memusuhi gereja (pada tahun 1616, sebuah jemaat khusus Dominikan dan Jesuit menyatakan ajaran Copernicus sesat dan memasukkan bukunya ke dalam daftar terlarang).

Galileo harus menutupi ide-idenya. Pada 1632 ia menerbitkan sebuah buku yang luar biasa, Dialog Mengenai Dua Sistem Dunia, di mana ia mengembangkan ide-ide materialis dalam bentuk diskusi antara tiga lawan bicara. Namun, "Dialog" dilarang oleh gereja, dan penulisnya diadili dan selama 9 tahun dianggap sebagai "tahanan Inkuisisi."

Pada tahun 1638, Galileo berhasil menerbitkan di Belanda buku "Percakapan dan Bukti Matematika Mengenai Dua Cabang Ilmu Pengetahuan Baru", yang merangkum hasil kerjanya selama bertahun-tahun.

Pada 1637 ia menjadi buta, tetapi melanjutkan pekerjaan ilmiah intensif dengan murid-muridnya Viviani dan Torricelli. Galileo meninggal pada 1642 dan dimakamkan di Florence di gereja Santa Croce di sebelah Michelangelo.

Galileo menolak klasifikasi gerak mekanis Yunani kuno. Dia pertama kali memperkenalkan konsep gerak seragam dan dipercepat dan memulai studi tentang gerak mekanik dengan mengukur jarak dan waktu gerak. Eksperimen Galileo dengan gerak benda yang dipercepat secara seragam di sepanjang bidang miring masih diulangi di semua sekolah di dunia.

Galileo memberikan perhatian khusus pada studi eksperimental jatuh bebas benda. Eksperimennya di Menara Miring di Pisa mendapatkan ketenaran di seluruh dunia. Menurut Viviani, Galileo melemparkan bola seberat setengah pon dan bom seberat seratus pon secara bersamaan dari menara. Berlawanan dengan pendapat. Aristoteles, mereka mencapai permukaan bumi hampir bersamaan: bom itu berada di depan bola hanya beberapa inci. Galileo menjelaskan perbedaan ini dengan adanya hambatan udara. Penjelasan ini pada dasarnya baru. Faktanya adalah bahwa sejak zaman Yunani Kuno, gagasan berikut tentang mekanisme gerakan benda telah ditetapkan: ketika bergerak, tubuh meninggalkan kekosongan; alam takut akan kekosongan (ada prinsip yang salah tentang ketakutan akan kekosongan). Udara mengalir ke dalam kehampaan dan mendorong tubuh. Dengan demikian, diyakini bahwa udara tidak melambat, tetapi, sebaliknya, mempercepat tubuh.

Selanjutnya, Galileo menghilangkan kesalahpahaman berabad-abad lainnya. Diyakini bahwa jika gerakan itu tidak didukung oleh kekuatan apa pun, maka gerakan itu harus dihentikan, bahkan jika tidak ada hambatan. Galileo pertama kali merumuskan hukum inersia. Dia berpendapat bahwa jika suatu gaya bekerja pada suatu benda, maka hasil dari tindakannya tidak bergantung pada apakah benda itu diam atau bergerak. Dalam kasus jatuh bebas, gaya tarik-menarik terus-menerus bekerja pada tubuh, dan hasil dari tindakan ini terus-menerus dijumlahkan, karena menurut hukum inersia, tindakan yang disebabkan oleh waktu dipertahankan. Representasi ini adalah dasar dari konstruksi logisnya, yang mengarah pada hukum jatuh bebas.

Galileo menentukan percepatan jatuh bebas dengan kesalahan besar. Dalam "Dialog" ia menyatakan bahwa bola jatuh dari ketinggian 60 m dalam waktu 5 s. Ini sesuai dengan nilai g yang hampir setengah dari nilai sebenarnya.

Galileo, tentu saja, tidak dapat secara akurat menentukan g, karena ia tidak memiliki stopwatch. Jam pasir, jam air, atau jam pendulum yang ditemukannya tidak berkontribusi pada pembacaan waktu yang akurat. Percepatan gravitasi hanya ditentukan secara akurat oleh Huygens pada tahun 1660.

Untuk mencapai akurasi pengukuran yang lebih besar, Galileo mencari cara untuk mengurangi laju jatuh. Ini membawanya untuk bereksperimen dengan bidang miring.

Catatan metodis. Berbicara tentang karya-karya Galileo, penting untuk menjelaskan kepada siswa esensi dari metode yang ia gunakan dalam menetapkan hukum-hukum alam. Pertama, ia melakukan konstruksi logis, dari mana hukum jatuh bebas diikuti. Tetapi hasil konstruksi logis harus diverifikasi oleh pengalaman. Hanya kebetulan teori dengan pengalaman yang mengarah pada keyakinan akan keadilan hukum. Untuk melakukan ini, Anda perlu mengukur. Galileo secara harmonis menggabungkan kekuatan pemikiran teoretis dengan seni eksperimental. Bagaimana cara memeriksa hukum jatuh bebas, jika gerakannya begitu cepat dan tidak ada alat untuk menghitung periode waktu yang singkat?

Galileo mengurangi laju jatuh dengan menggunakan bidang miring. Sebuah alur dibuat di papan, dilapisi dengan perkamen untuk mengurangi gesekan. Sebuah bola kuningan yang dipoles diluncurkan ke bawah parasut. Untuk mengukur waktu pergerakan secara akurat, Galileo menemukan yang berikut ini. Sebuah lubang dibuat di bagian bawah kapal besar dengan air, di mana aliran tipis mengalir. Dia pergi ke sebuah kapal kecil, yang sebelumnya ditimbang. Interval waktu diukur dengan kenaikan berat kapal! Meluncurkan bola dari setengah, seperempat, dll. e.panjang bidang miring, Galileo menemukan bahwa jalur yang dilalui berhubungan sebagai kuadrat waktu pergerakan.

Pengulangan eksperimen ini oleh Galileo dapat berfungsi sebagai subjek pekerjaan yang berguna dalam lingkaran fisika sekolah.

PENEMUAN HUKUM JATUH BEBAS

Di Yunani kuno, gerakan mekanis diklasifikasikan menjadi alami dan kekerasan. Jatuhnya tubuh ke Bumi dianggap sebagai gerakan alami, beberapa keinginan yang melekat pada tubuh "ke tempatnya",
Menurut gagasan filsuf Yunani kuno terbesar Aristoteles (384-322 SM), benda jatuh ke Bumi semakin cepat, semakin besar massanya. Ide ini adalah hasil dari pengalaman hidup primitif: pengamatan menunjukkan, misalnya, bahwa apel dan daun apel jatuh pada kecepatan yang berbeda. Konsep percepatan dalam fisika Yunani kuno tidak ada.
Untuk pertama kalinya, ilmuwan besar Italia Galileo Galilei (1564 - 1642) menentang otoritas Aristoteles, yang disetujui oleh gereja.

Galileo lahir di Pisa pada tahun 1564. Ayahnya adalah seorang musisi berbakat dan guru yang baik. Sampai usia 11, Galileo bersekolah, kemudian, sesuai dengan kebiasaan waktu itu, pendidikan dan pendidikannya berlangsung di sebuah biara. Di sini ia berkenalan dengan karya-karya penulis Latin dan Yunani.
Dengan dalih penyakit mata yang serius, ayah saya berhasil menyelamatkannya. Galileo dari tembok biara dan memberinya pendidikan yang baik di rumah, memperkenalkan musisi, penulis, seniman ke dalam masyarakat.
Pada usia 17, Galileo masuk Universitas Pisa, di mana ia belajar kedokteran. Di sini ia pertama kali berkenalan dengan fisika Yunani kuno, terutama dengan karya-karya Aristoteles, Euclid dan Archimedes. Di bawah pengaruh karya Archimedes, Galileo menyukai geometri dan mekanika dan obat-obatan daun. Dia meninggalkan Universitas Pisa dan belajar matematika di Florence selama empat tahun. Di sini karya ilmiah pertamanya muncul, dan pada 1589 Galileo menerima kursi matematika, pertama di Pisa, lalu di Padua. Pada periode Padua kehidupan Galileo (1592 - 1610) aktivitas ilmuwan berkembang pesat. Pada saat ini, hukum jatuh bebas benda, prinsip relativitas dirumuskan, isokronisme osilasi pendulum ditemukan, teleskop dibuat dan sejumlah penemuan astronomi sensasional dibuat (relief Bulan, satelit Jupiter, struktur Bima Sakti, fase Venus, bintik matahari).
Pada tahun 1611 Galileo diundang ke Roma. Di sini ia memulai perjuangan yang sangat aktif melawan pandangan dunia gereja untuk menyetujui metode eksperimental baru untuk mempelajari alam. Galileo menyebarkan sistem Copernicus, dengan demikian memusuhi gereja (pada tahun 1616, sebuah jemaat khusus Dominikan dan Jesuit menyatakan ajaran Copernicus sesat dan memasukkan bukunya ke dalam daftar terlarang).
Galileo harus menutupi ide-idenya. Pada tahun 1632 ia menerbitkan sebuah buku yang luar biasa, Dialog Mengenai Dua Sistem Dunia, di mana ia mengembangkan ide-ide materialistis dalam bentuk diskusi antara tiga lawan bicara. Namun, "Dialog" dilarang oleh gereja, dan penulisnya diadili dan selama 9 tahun dianggap sebagai "tahanan Inkuisisi."
Pada tahun 1638, Galileo berhasil menerbitkan di Belanda buku "Percakapan dan Bukti Matematika Mengenai Dua Cabang Ilmu Pengetahuan Baru", yang merangkum hasil kerjanya selama bertahun-tahun.
Pada 1637 ia menjadi buta, tetapi melanjutkan pekerjaan ilmiah intensif dengan murid-muridnya Viviani dan Torricelli. Galileo meninggal pada 1642 dan dimakamkan di Florence di gereja Santa Croce di sebelah Michelangelo.

Galileo menolak klasifikasi gerak mekanis Yunani kuno. Dia pertama kali memperkenalkan konsep gerak seragam dan dipercepat dan memulai studi tentang gerak mekanik dengan mengukur jarak dan waktu gerak. Eksperimen Galileo dengan gerak benda yang dipercepat secara seragam di sepanjang bidang miring masih diulangi di semua sekolah di dunia.
Galileo memberikan perhatian khusus pada studi eksperimental jatuh bebas benda. Eksperimennya di Menara Miring di Pisa mendapatkan ketenaran di seluruh dunia. Menurut Viviani, Galileo melemparkan dari menara pada saat yang sama bola seberat setengah pon dan bom seberat seratus pon. Bertentangan dengan pendapat Aristoteles, mereka mencapai permukaan bumi hampir bersamaan: bom hanya beberapa inci di depan bola. Galileo menjelaskan perbedaan ini dengan adanya hambatan udara. Penjelasan ini pada dasarnya baru. Faktanya adalah bahwa sejak zaman Yunani Kuno, Gagasan berikut tentang mekanisme benda bergerak telah ditetapkan: ketika bergerak, tubuh meninggalkan kekosongan; alam takut akan kekosongan (ada prinsip yang salah tentang ketakutan akan kekosongan). Udara mengalir ke dalam kehampaan dan mendorong tubuh. Dengan demikian, diyakini bahwa udara tidak melambat, tetapi sebaliknya, mempercepat tubuh.
Selanjutnya, Galileo menghilangkan kesalahpahaman berabad-abad lainnya. Diyakini bahwa jika gerakan itu tidak didukung oleh kekuatan apa pun, maka gerakan itu harus dihentikan, bahkan jika tidak ada hambatan. Galileo pertama kali merumuskan hukum inersia. Dia berpendapat bahwa jika suatu gaya bekerja pada suatu benda, maka hasil dari tindakannya tidak bergantung pada apakah benda itu diam atau bergerak. Dalam kasus jatuh bebas, gaya tarik-menarik terus-menerus bekerja pada tubuh, dan hasil dari tindakan ini terus-menerus dijumlahkan, karena menurut hukum inersia, tindakan yang disebabkan oleh waktu dipertahankan. Representasi ini adalah dasar dari konstruksi logisnya, yang mengarah pada hukum jatuh bebas.
Galileo menentukan percepatan jatuh bebas dengan kesalahan besar. Dalam "Dialog" ia menyatakan bahwa bola jatuh dari ketinggian 60 m dalam waktu 5 s. Ini sesuai dengan nilai g, hampir dua kali lebih kecil dari yang sebenarnya.
Galileo, tentu saja, tidak dapat menentukan secara akurat g, karena dia tidak punya stopwatch. Jam pasir, jam air, atau jam pendulum yang ditemukannya tidak berkontribusi pada pembacaan waktu yang akurat. Percepatan gravitasi hanya ditentukan secara akurat oleh Huygens pada tahun 1660.
Untuk mencapai akurasi pengukuran yang lebih besar, Galileo mencari cara untuk mengurangi tingkat jatuh. Ini membawanya untuk bereksperimen dengan bidang miring.

Catatan metodologis. Berbicara tentang karya-karya Galileo, penting untuk menjelaskan kepada siswa esensi dari metode yang ia gunakan dalam menetapkan hukum-hukum alam. Pertama, ia melakukan konstruksi logis, dari mana hukum jatuh bebas diikuti. Tetapi hasil konstruksi logis harus diverifikasi oleh pengalaman. Hanya kebetulan teori dengan pengalaman yang mengarah pada keyakinan akan keadilan, hukum. Untuk melakukan ini, Anda perlu mengukur. Galileo secara harmonis menggabungkan kekuatan pemikiran teoretis dengan seni eksperimental. Bagaimana memeriksa hukum jatuh bebas jika gerakannya begitu cepat dan tidak ada instrumen untuk menghitung periode waktu yang kecil.
Galileo mengurangi laju jatuh dengan menggunakan bidang miring. Sebuah alur dibuat di papan, dilapisi dengan perkamen untuk mengurangi gesekan. Sebuah bola kuningan yang dipoles diluncurkan ke bawah parasut. Untuk mengukur waktu pergerakan secara akurat, Galileo menemukan yang berikut ini. Sebuah lubang dibuat di bagian bawah kapal besar dengan air, di mana aliran tipis mengalir. Dia pergi ke sebuah kapal kecil, yang sebelumnya ditimbang. Periode waktu diukur dengan kenaikan berat kapal! Dengan meluncurkan bola dari setengah, seperempat, dll. dari panjang bidang miring, Galileo menemukan bahwa jarak yang ditempuh terkait dengan kuadrat waktu pergerakan.
Pengulangan eksperimen ini oleh Galileo dapat berfungsi sebagai subjek pekerjaan yang berguna dalam lingkaran fisika sekolah.

Kembali di sekolah, di salah satu pelajaran fisika, saya bingung dengan kesimpulan guru, dikonfirmasi dalam teks buku teks, bahwa semua benda jatuh dari ketinggian yang sama akan mencapai permukaan bumi dalam waktu yang sama, terlepas dari massa tubuh yang jatuh. Tentu saja, dengan tidak adanya hambatan udara.


Jelas bahwa jika percepatan benda sama, maka kecepatan jatuhnya setiap saat adalah sama ketika benda dibiarkan jatuh dari ketinggian yang sama dengan kecepatan awal yang sama.

v = v0 + gt

Dan saya ingat deskripsi eksperimen berikut, yang konon dilakukan oleh Newton. Udara dipompa keluar dari tabung kaca panjang dan pada saat yang sama berat timbal dan bulu dibiarkan jatuh. Dan kedua benda, kedua badan secara bersamaan menyentuh bagian bawah tabung. Oleh karena itu kesimpulan yang dirumuskan di atas ditarik.

Lalu, di sekolah, saya berpikir: toh, waktu itu belum ada fotosel. Bagaimana ilmuwan mengatur waktu ketika tubuh menyentuh permukaan? Lagi pula, di Bumi, tubuh jatuh dari ketinggian dua meter dalam waktu kurang dari satu detik, dan reaksi seseorang adalah sekitar satu detik. Tetapi bagaimana jika tubuh tetap tidak mencapai bagian bawah tabung pada saat yang sama, tetapi perbedaannya sangat sulit untuk diperbaiki?

Mari kita coba mencari tahu. Jika seseorang melihat kesalahan dalam penalaran - saya akan berterima kasih atas komentar yang membangun.

Sebelum melanjutkan, perlu diingat bagaimana kecepatan pendekatan dua benda dihitung. Katakanlah ada 600 km antara kota, dan dua mobil melaju ke arah mereka dengan kecepatan konstan. Yang satu melaju 80 km per jam, yang lain 120 km per jam. Dalam 3 jam, yang pertama akan menempuh 240 km, yang kedua - 360 km, total - 600 km. Itu. mobil akan bertemu, yang berarti bahwa dalam hal ini kecepatan harus ditambahkan, dan untuk mengetahui momen pertemuan tubuh, cukup bagi jarak di antara mereka dengan total kecepatan pendekatan.

Sekarang mari kita lakukan eksperimen pikiran. Ada planet Bumi dengan percepatan jatuh bebasnya g. Menurut hukum gravitasi universal Newton, dua benda saling tarik menarik sebanding dengan massanya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda tersebut.

Di sisi lain, berat massa tubuh m sama dengan P = mg. Dengan tidak adanya kekuatan lain, berat benda di Bumi akan sama dengan gaya tarik-menarik timbal balik antara Bumi dan benda itu sendiri, yaitu. F=P. Kami mengurangi dengan m dan kami mendapatkan rumus yang ditunjukkan pada gambar paling atas:

Tanda perkiraan kesetaraan, tampaknya, disebabkan oleh mempertimbangkan distribusi kepadatan yang tidak merata di tubuh Bumi.

Sekarang anggaplah pada jarak, katakanlah, satu kilometer dari Bumi kita, ada planet lain yang memiliki karakteristik yang persis sama. Kembar yang aneh - Bumi 2 .

Kekuatan apa yang bekerja padanya? Hanya satu: gaya gravitasi dari Bumi. Di bawah pengaruh kekuatan ini, Bumi 2 bergegas menuju bumi dengan kecepatan v=gt.

Tetapi gaya gravitasi dari Bumi juga bekerja di Bumi 2 ! Itu. planet kita juga akan "jatuh" ke Bumi dengan kecepatan yang terus meningkat 2 . Jelas bahwa setiap saat, kedua kecepatan ini identik dalam nilai absolut dan selalu berlawanan arah - kedua Bumi memiliki karakteristik fisik yang sama.

Kecepatan pendekatan v1 akan sama dengan v 1 = gt - (-gt) = 2gt.

Sekarang kita akan menempatkan bukan Bumi2, katakanlah, Bulan. Bulan memiliki percepatan jatuh bebas g Bulan sekitar 6 kali lebih kecil dari bumi. Jadi, di bawah aksi hukum gravitasi universal yang sama, Bulan akan jatuh ke Bumi dengan percepatan g, dan Bumi ke Bulan dengan percepatan g Bulan. Kemudian kecepatan pendekatan v2 akan berbeda dengan kasus pertama, yaitu:

v 2 = gt + g Bulan * t = (g + g Bulan) * t.
Nilai g + g Bulan sekitar 1,7 kali lebih kecil dari nilainya 2g.

Apa yang terjadi? Jarak antara benda (ketinggian jatuh) sama, tetapi kecepatan jatuhnya berbeda. Tetapi kami yakin bahwa waktu musim gugur adalah sama untuk benda dengan massa berapa pun! Kemudian kita mendapatkan kontradiksi: ketinggian jatuhnya sama, waktunya sama, tetapi kecepatannya berbeda. Fisika seharusnya tidak seperti ini. Kecuali, tentu saja, ada kesalahan yang menyusup ke dalam penalaran saya.

Hal lain adalah bahwa untuk perhitungan praktis, akurasinya cukup, jika kita tidak memperhitungkan percepatan jatuh bebas benda yang jatuh ke Bumi: terlalu kecil dibandingkan dengan nilainya. g karena ketidakterbandingan massa Bumi dan benda jatuh. Massa planet kita sekitar 6 × 10 24 kg, yang benar-benar tidak ada bandingannya dengan benda apa pun yang jatuh ke Bumi.

Namun, pernyataan dalam buku teks bahwa tanpa adanya hambatan udara, semua benda jatuh ke Bumi dengan kecepatan yang sama harus diakui sebagai salah. Pernyataan bahwa mereka jatuh dengan percepatan yang sama juga salah. Dengan praktis sama - ya, dengan matematis dan fisik persis sama - tidak.

Pernyataan buku teks seperti itu mendistorsi persepsi yang benar tentang gambaran nyata dunia.