Ang libreng pagkahulog ay isa sa mga pinaka-kagiliw-giliw na pisikal na phenomena, na nakakaakit ng pansin ng mga siyentipiko at pilosopo mula noong sinaunang panahon. Bilang karagdagan, isa ito sa mga prosesong maaaring eksperimento ng sinumang mag-aaral.

Isang Philosophical Error ni Aristotle

Ang unang nagsagawa ng siyentipikong pagpapatibay ng kababalaghan, na ngayon ay kilala bilang malayang pagkahulog, ay mga sinaunang pilosopo. Siyempre, hindi sila gumawa ng anumang mga eksperimento at mga eksperimento, ngunit sinubukang makilala ito mula sa punto ng view ng kanilang sariling sistemang pilosopikal. Sa partikular, nagtalo si Aristotle na ang mas mabibigat na katawan ay bumagsak sa lupa na may mas mabilis na bilis, na ipinapaliwanag ito hindi sa pamamagitan ng mga pisikal na batas, ngunit sa pamamagitan lamang ng pagnanais ng lahat ng mga bagay sa Uniberso para sa kaayusan at organisasyon. Kapansin-pansin, walang pang-eksperimentong ebidensya ang ginawa, at ang pahayag na ito ay nakita bilang isang axiom.

Ang kontribusyon ni Galileo sa pag-aaral at teoretikal na katwiran ng malayang pagkahulog

Kinuwestiyon ng mga pilosopong medieval ang teoretikal na posisyon ni Aristotle. Hindi napatunayan ito sa pagsasagawa, gayunpaman ay sigurado sila na ang bilis ng paggalaw ng mga katawan patungo sa lupa, nang hindi isinasaalang-alang ang mga panlabas na impluwensya, ay nananatiling pareho. Mula sa mga posisyong ito na itinuturing ng mahusay na siyentipikong Italyano na si G. Galileo ang libreng pagkahulog. Pagkatapos magsagawa ng maraming mga eksperimento, dumating siya sa konklusyon na ang bilis ng paggalaw, halimbawa, ng tanso at gintong mga bola sa lupa ay pareho. Ang tanging bagay na pumipigil dito na maitatag nang biswal ay ang pagkakaroon ng paglaban sa hangin. Ngunit kahit na sa kasong ito, kung kukuha tayo ng mga katawan na may sapat na malaking masa, sila ay mapupunta sa ibabaw ng ating planeta sa halos parehong oras.

Mga pangunahing prinsipyo ng libreng pagkahulog

Gumawa si Galileo ng dalawang mahalagang konklusyon mula sa kanyang mga eksperimento. Una, ang rate ng pagbagsak ng ganap na anumang katawan, anuman ang masa nito at ang materyal na kung saan ito ginawa, ay pareho. Pangalawa, ang acceleration kung saan gumagalaw ang isang bagay ay nananatiling isang pare-parehong halaga, iyon ay, ang bilis ay tumataas ng parehong halaga sa parehong mga agwat ng oras. Kasunod nito, ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na libreng pagkahulog.

Mga modernong kalkulasyon

Gayunpaman, kahit si Galileo mismo ay naunawaan ang mga kamag-anak na limitasyon ng kanyang mga eksperimento. Kung tutuusin, kahit anong katawan ang kinuha niya, hindi niya makakamit na sabay silang tumama sa ibabaw ng lupa: imposibleng labanan ang paglaban ng hangin noong mga panahong iyon. Sa pagdating lamang ng mga espesyal na kagamitan, sa tulong kung saan ang hangin ay ganap na nabomba sa labas ng mga tubo, posible na eksperimento na patunayan na ang libreng pagkahulog ay talagang nagaganap. Sa dami ng mga termino, ito ay naging humigit-kumulang 9.8 m / s ^ 2, gayunpaman, pagkatapos, ang mga siyentipiko ay dumating sa konklusyon na ang halaga na ito ay nagbabago, gayunpaman, napakaliit, depende sa taas ng bagay sa itaas ng lupa, pati na rin sa mga heograpikal na kondisyon.

Ang konsepto at kahulugan ng libreng pagkahulog sa modernong agham

Sa kasalukuyan, ang lahat ng mga siyentipiko ay may opinyon na ang libreng pagkahulog ay isang pisikal na kababalaghan, na binubuo sa pantay na pinabilis na paggalaw ng isang katawan na inilagay sa walang hangin na espasyo patungo sa ibabaw ng lupa. Sa kasong ito, hindi mahalaga kung ang anumang panlabas na acceleration ay ibinigay sa katawan na ito o hindi.

Ang unibersalismo at katatagan ay ang pinakamahalagang katangian ng pisikal na hindi pangkaraniwang bagay na ito

Ang pagiging pandaigdigan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay nakasalalay sa katotohanan na ang bilis ng isang libreng pagkahulog ng isang tao o isang balahibo ng ibon sa isang vacuum ay ganap na pareho, iyon ay, kung sila ay magsisimula sa parehong oras, sila ay makakarating din sa ibabaw ng lupa sa Parehong oras.

Mula sa pang-araw-araw na buhay, alam natin na ang gravity ng mundo ay nagiging sanhi ng mga katawan, na napalaya mula sa mga bono, na bumagsak sa ibabaw ng Earth. Halimbawa, ang isang load na nasuspinde sa isang sinulid ay nakabitin nang hindi gumagalaw, at sa sandaling maputol ang sinulid, nagsisimula itong mahulog nang patayo pababa, unti-unting tumataas ang bilis nito. Ang isang bola na inihagis nang patayo pataas, sa ilalim ng impluwensya ng gravity ng Earth, ay binabawasan muna ang bilis nito, huminto saglit at nagsisimulang bumagsak, unti-unting pinapataas ang bilis nito. Ang isang bato na inihagis nang patayo pababa, sa ilalim ng impluwensya ng grabidad, ay unti-unting pinapataas ang bilis nito. Ang katawan ay maaari ding ihagis sa isang anggulo sa abot-tanaw o pahalang...

Kadalasan ang mga katawan ay nahuhulog sa hangin, samakatuwid, bilang karagdagan sa pagkahumaling ng Earth, sila ay apektado din ng air resistance. At maaari itong maging makabuluhan. Kunin, halimbawa, ang dalawang magkatulad na mga sheet ng papel at, na gusot ang isa sa mga ito, ibinabagsak namin ang parehong mga sheet nang sabay-sabay mula sa parehong taas. Bagama't ang gravity ng lupa ay pareho para sa parehong mga sheet, makikita natin na ang gusot na sheet ay umaabot sa lupa nang mas mabilis. Nangyayari ito dahil ang resistensya ng hangin para dito ay mas mababa kaysa sa isang hindi tumaas na sheet. Binabaluktot ng paglaban ng hangin ang mga batas ng mga bumabagsak na katawan, kaya upang pag-aralan ang mga batas na ito, kailangan mo munang pag-aralan ang pagbagsak ng mga katawan sa kawalan ng resistensya ng hangin. Posible ito kung ang pagbagsak ng mga katawan ay nangyayari sa isang vacuum.

Upang matiyak na sa kawalan ng hangin, ang parehong magaan at mabibigat na katawan ay bumagsak nang pantay, maaari mong gamitin ang Newton's tube. Ito ay isang makapal na pader na tubo na halos isang metro ang haba, ang isang dulo nito ay selyado at ang isa ay nilagyan ng gripo. May tatlong katawan sa tubo: isang pellet, isang piraso ng foam sponge at isang magaan na balahibo. Kung ang tubo ay mabilis na nakabukas, kung gayon ang pellet ay pinakamabilis na mahuhulog, pagkatapos ay ang espongha, at ang huling maabot ang ilalim ng tubo ay ang balahibo. Ganito ang pagbagsak ng mga katawan kapag may hangin sa tubo. Ngayon ay ibomba natin ang hangin mula sa tubo gamit ang isang bomba at, nang isara ang balbula pagkatapos mag-pump out, ibalik muli ang tubo, makikita natin na ang lahat ng mga katawan ay bumagsak nang may parehong agarang bilis at maabot ang ilalim ng tubo halos sabay-sabay.

Ang pagbagsak ng mga katawan sa walang hangin na espasyo sa ilalim ng impluwensya ng gravity lamang ay tinatawag na libreng pagkahulog.

Kung ang puwersa ng paglaban ng hangin ay bale-wala kumpara sa puwersa ng grabidad, kung gayon ang paggalaw ng katawan ay napakalapit sa libre (halimbawa, kapag nahulog ang isang maliit na mabigat na makinis na bola).

Dahil ang puwersa ng gravity na kumikilos sa bawat katawan malapit sa ibabaw ng Earth ay pare-pareho, ang isang malayang bumabagsak na katawan ay dapat na gumagalaw nang may pare-parehong acceleration, iyon ay, pare-parehong pinabilis (ito ay sumusunod sa pangalawang batas ni Newton). Ang acceleration na ito ay tinatawag free fall acceleration at may marka ng liham. Ito ay nakadirekta patayo pababa sa gitna ng Earth. Ang halaga ng gravitational acceleration malapit sa ibabaw ng Earth ay maaaring kalkulahin ng formula
(ang formula ay nakuha mula sa batas ng unibersal na grabitasyon), g\u003d 9.81 m / s 2.

Ang acceleration ng free fall, tulad ng gravity, ay depende sa taas sa ibabaw ng Earth (
), mula sa hugis ng Earth (ang Earth ay patag sa mga pole, kaya ang polar radius ay mas mababa kaysa sa ekwador, at ang free fall acceleration sa pole ay mas malaki kaysa sa ekwador: g P =9.832 m/s 2 ,g eh =9.780 m/s 2 ) at mula sa mga deposito ng makakapal na batong panlupa. Sa mga lugar ng deposito, halimbawa, iron ore, mas malaki ang density ng crust ng lupa at mas malaki rin ang acceleration ng free fall. At kung saan may mga deposito ng langis, g mas maliit. Ito ay ginagamit ng mga geologist sa paghahanap ng mga mineral.

Talahanayan 1. Pagpapabilis ng libreng pagkahulog sa iba't ibang taas sa ibabaw ng Earth.

Talahanayan 2. Pagpapabilis ng libreng pagkahulog para sa ilang lungsod.

Dahil ang acceleration ng libreng pagkahulog malapit sa ibabaw ng Earth ay pareho, ang libreng pagbagsak ng mga katawan ay isang pare-parehong pinabilis na paggalaw. Kaya maaari itong ilarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na expression:
at
. Kasabay nito, isinasaalang-alang na kapag lumilipat paitaas, ang velocity vector ng katawan at ang acceleration vector ng free fall ay nakadirekta sa magkasalungat na direksyon, samakatuwid ang kanilang mga projection ay may iba't ibang mga palatandaan. Kapag bumababa, ang velocity vector ng katawan at ang free-fall acceleration vector ay nakadirekta sa parehong direksyon, kaya ang kanilang mga projection ay may parehong mga palatandaan.

Kung ang isang katawan ay itinapon sa isang anggulo sa abot-tanaw o pahalang, kung gayon ang paggalaw nito ay maaaring mabulok sa dalawa: pantay na pinabilis nang patayo at pantay na pahalang. Pagkatapos, upang ilarawan ang paggalaw ng katawan, dapat idagdag ang dalawa pang equation: v x = v 0 x at s x = v 0 x t.

Pagpapalit sa formula
sa halip na masa at radius ng Earth, ayon sa pagkakabanggit, ang masa at radius ng ibang planeta o satellite nito, matutukoy ng isa ang tinatayang halaga ng pagbilis ng libreng pagkahulog sa ibabaw ng alinman sa mga celestial na katawan na ito.

Talahanayan 3 Pagpapabilis ng libreng pagkahulog sa ibabaw ng ilan

celestial body (para sa ekwador), m / s 2.

Sa sinaunang Greece, ang mga mekanikal na paggalaw ay inuri sa natural at marahas. Ang pagbagsak ng katawan sa Earth ay itinuturing na isang natural na paggalaw, isang uri ng pagsusumikap na likas sa katawan "sa lugar nito",

Ayon sa ideya ng pinakadakilang sinaunang pilosopong Griyego na si Aristotle (384-322 BC), ang katawan ay bumabagsak sa Earth nang mas mabilis, mas malaki ang masa nito. Ang ideyang ito ay resulta ng primitive na karanasan sa buhay: ipinakita ng mga obserbasyon, halimbawa, na ang mga mansanas at dahon ng mansanas ay nahuhulog sa magkaibang bilis. Ang konsepto ng acceleration sa sinaunang Greek physics ay wala.

Si Galileo ay ipinanganak sa Pisa noong 1564. Ang kanyang ama ay isang mahuhusay na musikero at isang mahusay na guro. Hanggang sa edad na 11, nag-aral si Galileo, pagkatapos, ayon sa kaugalian noong panahong iyon, ang kanyang pagpapalaki at edukasyon ay naganap sa isang monasteryo. Dito niya nakilala ang mga akda ng mga manunulat na Latin at Griyego.

Sa ilalim ng pagkukunwari ng isang matinding sakit sa mata, nagawa ng kanyang ama na iligtas si Galileo mula sa mga dingding ng monasteryo at binigyan siya ng magandang edukasyon sa bahay, ipinakilala ang mga musikero, manunulat, at artista sa lipunan.

Sa edad na 17, pumasok si Galileo sa Unibersidad ng Pisa, kung saan nag-aral siya ng medisina. Dito niya unang nakilala ang pisika ng sinaunang Greece, pangunahin ang mga gawa ni Aristotle, Euclid at Archimedes. Sa ilalim ng impluwensya ng mga gawa ni Archimedes, si Galileo ay mahilig sa geometry at mechanics at nag-iiwan ng gamot. Umalis siya sa Unibersidad ng Pisa at nag-aaral ng matematika sa Florence sa loob ng apat na taon. Dito lumitaw ang kanyang unang mga gawaing pang-agham, at noong 1589 natanggap ni Galileo ang upuan ng matematika, una sa Pisa, pagkatapos ay sa Padua. Sa panahon ng Padua ng buhay ni Galileo (1592-1610) nagkaroon ng pinakamataas na pamumulaklak ng aktibidad ng siyentipiko. Sa oras na ito, ang mga batas ng malayang pagbagsak ng mga katawan, ang prinsipyo ng relativity ay nabuo, ang isochronism ng pendulum oscillations ay natuklasan, isang teleskopyo ay nilikha at isang bilang ng mga sensational astronomical na pagtuklas ay ginawa (ang lunas ng Buwan, ang mga satellite ng Jupiter, ang istraktura ng Milky Way, ang mga yugto ng Venus, mga sunspot).

Noong 1611 ay inanyayahan si Galileo sa Roma. Dito nagsimula ang isang partikular na aktibong pakikibaka laban sa pananaw sa mundo ng simbahan para sa pag-apruba ng isang bagong eksperimentong pamamaraan para sa pag-aaral ng kalikasan. Ipinalaganap ni Galileo ang sistemang Copernicus, sa gayo'y sinasalungat ang simbahan (noong 1616, isang espesyal na kongregasyon ng mga Dominikano at Heswita ang nagdeklara ng mga turo ni Copernicus na erehe at isinama ang kanyang aklat sa ipinagbabawal na listahan).

Kinailangan ni Galileo na itago ang kanyang mga ideya. Noong 1632 ay naglathala siya ng isang kahanga-hangang aklat, Dialogue Concerning the Two Systems of the World, kung saan nabuo niya ang materyalistang mga ideya sa anyo ng isang talakayan sa pagitan ng tatlong kausap. Gayunpaman, ang "Dialogue" ay ipinagbawal ng simbahan, at ang may-akda ay dinala sa paglilitis at sa loob ng 9 na taon ay itinuturing na isang "bilanggo ng Inkisisyon."

Noong 1638, nagawang ilathala ni Galileo sa Holland ang aklat na "Conversations and Mathematical Proofs Concerning Two New Branches of Science", na summed up sa kanyang maraming taon ng mabungang gawain.

Noong 1637 nabulag siya, ngunit nagpatuloy ng masinsinang gawaing pang-agham kasama ang kanyang mga mag-aaral na sina Viviani at Torricelli. Namatay si Galileo noong 1642 at inilibing sa Florence sa simbahan ng Santa Croce sa tabi ni Michelangelo.

Tinanggihan ni Galileo ang sinaunang Griyego na klasipikasyon ng mga mekanikal na galaw. Una niyang ipinakilala ang mga konsepto ng uniporme at pinabilis na paggalaw at sinimulan ang pag-aaral ng mekanikal na paggalaw sa pamamagitan ng pagsukat ng mga distansya at oras ng paggalaw. Ang mga eksperimento ni Galileo na may pantay na pinabilis na paggalaw ng isang katawan sa isang hilig na eroplano ay paulit-ulit pa rin sa lahat ng mga paaralan sa mundo.

Si Galileo ay nagbigay ng espesyal na pansin sa eksperimentong pag-aaral ng libreng pagbagsak ng mga katawan. Ang kanyang mga eksperimento sa Leaning Tower sa Pisa ay nakakuha ng katanyagan sa buong mundo. Ayon kay Viviani, sabay na inihagis ni Galileo ang kalahating kilo na bola at isang daang-pound na bomba mula sa tore. Taliwas sa opinyon. Aristotle, halos sabay-sabay nilang narating ang ibabaw ng Earth: nauna lang ang bomba sa bola ng ilang pulgada. Ipinaliwanag ni Galileo ang pagkakaibang ito sa pamamagitan ng pagkakaroon ng air resistance. Ang paliwanag na ito ay bago sa panimula. Ang katotohanan ay mula pa noong panahon ng Sinaunang Greece, ang sumusunod na ideya ng mekanismo para sa paglipat ng mga katawan ay naitatag: kapag gumagalaw, ang katawan ay nag-iiwan ng walang bisa; ang kalikasan ay natatakot sa kawalan (nagkaroon ng maling prinsipyo ng takot sa kawalan). Dumadaloy ang hangin sa kawalan at itinulak ang katawan. Kaya, pinaniniwalaan na ang hangin ay hindi bumabagal, ngunit, sa kabaligtaran, pinabilis ang mga katawan.

Sumunod, inalis ni Galileo ang isa pang siglong maling kuru-kuro. Ito ay pinaniniwalaan na kung ang kilusan ay hindi suportado ng anumang puwersa, dapat itong huminto, kahit na walang mga hadlang. Unang bumalangkas si Galileo ng batas ng pagkawalang-galaw. Nagtalo siya na kung ang isang puwersa ay kumikilos sa isang katawan, kung gayon ang resulta ng pagkilos nito ay hindi nakasalalay sa kung ang katawan ay nagpapahinga o gumagalaw. Sa kaso ng libreng pagkahulog, ang puwersa ng pagkahumaling ay patuloy na kumikilos sa katawan, at ang mga resulta ng pagkilos na ito ay patuloy na summed up, dahil ayon sa batas ng pagkawalang-galaw, ang aksyon na dulot ng oras ay napanatili. Ang representasyong ito ay ang batayan ng kanyang lohikal na pagtatayo, na humantong sa mga batas ng malayang pagkahulog.

Tinukoy ni Galileo ang free fall acceleration na may malaking error. Sa "Dialogue" sinabi niya na ang bola ay nahulog mula sa taas na 60 m sa loob ng 5 s. Ito ay tumutugma sa isang g value na halos kalahati ng tunay na halaga.

Siyempre, hindi tumpak na matukoy ni Galileo ang g, dahil wala siyang stopwatch. Ang isang hourglass, isang water clock, o ang pendulum clock na naimbento niya ay hindi nakakatulong sa isang tumpak na pagbabasa ng oras. Ang acceleration dahil sa gravity ay tumpak lamang na natukoy ng Huygens noong 1660.

Upang makamit ang higit na katumpakan ng pagsukat, naghanap si Galileo ng mga paraan upang bawasan ang rate ng pagkahulog. Ito ay humantong sa kanya sa mga eksperimento sa isang hilig na eroplano.

Metodikal na tala. Sa pakikipag-usap tungkol sa mga gawa ni Galileo, mahalagang ipaliwanag sa mga mag-aaral ang kakanyahan ng pamamaraan na ginamit niya sa pagtatatag ng mga batas ng kalikasan. Una, nagsagawa siya ng isang lohikal na pagtatayo, kung saan sumunod ang mga batas ng libreng pagkahulog. Ngunit ang mga resulta ng lohikal na konstruksyon ay dapat na mapatunayan ng karanasan. Ang pagkakaisa lamang ng teorya sa karanasan ay humahantong sa paniniwala sa katarungan ng batas. Upang gawin ito, kailangan mong sukatin. Pinagsama ni Galileo ang kapangyarihan ng teoretikal na pag-iisip sa eksperimentong sining. Paano suriin ang mga batas ng libreng pagkahulog, kung ang paggalaw ay napakabilis at walang mga instrumento para sa pagbibilang ng mga maikling panahon?

Binabawasan ni Galileo ang rate ng pagkahulog sa pamamagitan ng paggamit ng isang inclined plane. Ang isang uka ay ginawa sa board, na nilagyan ng pergamino upang mabawasan ang alitan. Isang pinakintab na bolang tanso ang inilunsad pababa sa chute. Upang tumpak na sukatin ang oras ng paggalaw, nakuha ni Galileo ang mga sumusunod. Isang butas ang ginawa sa ilalim ng isang malaking sisidlan na may tubig, kung saan dumaloy ang isang manipis na sapa. Pumunta siya sa isang maliit na sisidlan, na paunang tinimbang. Ang agwat ng oras ay sinusukat sa pamamagitan ng pagtaas sa bigat ng sisidlan! Paglulunsad ng bola mula sa kalahati, isang quarter, atbp. e. ang haba ng inclined plane, nalaman ni Galileo na ang mga landas na nilakbay ay nauugnay bilang mga parisukat ng oras ng paggalaw.

Ang pag-uulit ng mga eksperimentong ito ni Galileo ay maaaring magsilbing paksa ng kapaki-pakinabang na gawain sa isang bilog sa pisika ng paaralan.

PAGTUKLAS NG MGA BATAS NG FREE FALL

Sa sinaunang Greece, ang mga mekanikal na paggalaw ay inuri sa natural at marahas. Ang pagbagsak ng katawan sa Earth ay itinuturing na isang natural na paggalaw, ang ilang likas na pagnanais ng katawan "sa lugar nito",
Ayon sa ideya ng pinakadakilang sinaunang pilosopong Griyego na si Aristotle (384-322 BC), ang katawan ay bumabagsak sa Earth nang mas mabilis, mas malaki ang masa nito. Ang ideyang ito ay resulta ng primitive na karanasan sa buhay: ipinakita ng mga obserbasyon, halimbawa, na ang mga mansanas at dahon ng mansanas ay nahuhulog sa magkaibang bilis. Ang konsepto ng acceleration sa sinaunang Greek physics ay wala.
Sa unang pagkakataon, ang dakilang Italyano na siyentipiko na si Galileo Galilei (1564 - 1642) ay sumalungat sa awtoridad ni Aristotle, na inaprubahan ng simbahan.

Si Galileo ay ipinanganak sa Pisa noong 1564. Ang kanyang ama ay isang mahuhusay na musikero at isang mahusay na guro. Hanggang sa edad na 11, nag-aral si Galileo, pagkatapos, ayon sa kaugalian noong panahong iyon, ang kanyang pagpapalaki at edukasyon ay naganap sa isang monasteryo. Dito niya nakilala ang mga akda ng mga manunulat na Latin at Griyego.
Sa ilalim ng dahilan ng isang malubhang sakit sa mata, nagawang iligtas siya ng aking ama. Galileo mula sa mga dingding ng monasteryo at bigyan siya ng isang mahusay na edukasyon sa bahay, ipakilala ang mga musikero, manunulat, artista sa lipunan.
Sa edad na 17, pumasok si Galileo sa Unibersidad ng Pisa, kung saan nag-aral siya ng medisina. Dito niya unang nakilala ang pisika ng sinaunang Greece, pangunahin ang mga gawa ni Aristotle, Euclid at Archimedes. Sa ilalim ng impluwensya ng mga gawa ni Archimedes, si Galileo ay mahilig sa geometry at mechanics at nag-iiwan ng gamot. Umalis siya sa Unibersidad ng Pisa at nag-aaral ng matematika sa Florence sa loob ng apat na taon. Dito lumitaw ang kanyang unang mga gawaing pang-agham, at noong 1589 natanggap ni Galileo ang upuan ng matematika, una sa Pisa, pagkatapos ay sa Padua. Sa panahon ng Padua ng buhay ni Galileo (1592 - 1610) nagkaroon ng pinakamataas na pamumulaklak ng aktibidad ng siyentipiko. Sa oras na ito, ang mga batas ng malayang pagbagsak ng mga katawan, ang prinsipyo ng relativity ay nabuo, ang isochronism ng pendulum oscillations ay natuklasan, isang teleskopyo ay nilikha at isang bilang ng mga sensational astronomical na pagtuklas ay ginawa (ang lunas ng Buwan, ang mga satellite ng Jupiter, ang istraktura ng Milky Way, ang mga yugto ng Venus, mga sunspot).
Noong 1611 ay inanyayahan si Galileo sa Roma. Dito nagsimula ang isang partikular na aktibong pakikibaka laban sa pananaw sa mundo ng simbahan para sa pag-apruba ng isang bagong eksperimentong pamamaraan para sa pag-aaral ng kalikasan. Ipinalaganap ni Galileo ang sistemang Copernicus, sa gayo'y sinasalungat ang simbahan (noong 1616, isang espesyal na kongregasyon ng mga Dominikano at Heswita ang nagdeklara ng mga turo ni Copernicus na erehe at isinama ang kanyang aklat sa ipinagbabawal na listahan).
Kinailangan ni Galileo na itago ang kanyang mga ideya. Noong 1632 ay naglathala siya ng isang kahanga-hangang aklat, Dialogue Concerning Two Systems of the World, kung saan nabuo niya ang materyalistikong mga ideya sa anyo ng isang talakayan sa pagitan ng tatlong kausap. Gayunpaman, ang "Dialogue" ay ipinagbawal ng simbahan, at ang may-akda ay dinala sa paglilitis at sa loob ng 9 na taon ay itinuturing na isang "bilanggo ng Inkisisyon."
Noong 1638, nagawang ilathala ni Galileo sa Holland ang aklat na "Conversations and Mathematical Proofs Concerning Two New Branches of Science", na summed up sa kanyang maraming taon ng mabungang gawain.
Noong 1637 siya ay naging bulag, ngunit nagpatuloy ng masinsinang gawaing pang-agham kasama ang kanyang mga mag-aaral na sina Viviani at Torricelli. Namatay si Galileo noong 1642 at inilibing sa Florence sa simbahan ng Santa Croce sa tabi ni Michelangelo.

Tinanggihan ni Galileo ang sinaunang Griyego na klasipikasyon ng mga mekanikal na galaw. Una niyang ipinakilala ang mga konsepto ng uniporme at pinabilis na paggalaw at sinimulan ang pag-aaral ng mekanikal na paggalaw sa pamamagitan ng pagsukat ng mga distansya at oras ng paggalaw. Ang mga eksperimento ni Galileo na may pare-parehong pinabilis na paggalaw ng isang katawan sa isang hilig na eroplano ay paulit-ulit pa rin sa lahat ng mga paaralan sa mundo.
Si Galileo ay nagbigay ng espesyal na pansin sa eksperimentong pag-aaral ng libreng pagbagsak ng mga katawan. Ang kanyang mga eksperimento sa Leaning Tower sa Pisa ay nakakuha ng katanyagan sa buong mundo. Ayon kay Viviani, sabay itinapon ni Galileo mula sa tore ang kalahating kilo na bola at isang daang-pound na bomba. Taliwas sa opinyon ni Aristotle, naabot nila ang ibabaw ng Earth halos sabay-sabay: ang bomba ay nauuna lamang ng ilang pulgada sa bola. Ipinaliwanag ni Galileo ang pagkakaibang ito sa pamamagitan ng pagkakaroon ng air resistance. Ang paliwanag na ito ay bago sa panimula. Ang katotohanan ay mula pa noong panahon ng Sinaunang Greece, ang sumusunod na Ideya tungkol sa mekanismo ng paggalaw ng mga katawan ay naitatag: kapag gumagalaw, ang katawan ay nag-iiwan ng walang bisa; ang kalikasan ay natatakot sa kawalan (nagkaroon ng maling prinsipyo ng takot sa kawalan). Dumadaloy ang hangin sa kawalan at itinulak ang katawan. Kaya, pinaniniwalaan na ang hangin ay hindi bumagal, ngunit, sa kabaligtaran, pinabilis ang katawan.
Sumunod, inalis ni Galileo ang isa pang siglong maling kuru-kuro. Ito ay pinaniniwalaan na kung ang kilusan ay hindi suportado ng anumang puwersa, dapat itong huminto, kahit na walang mga hadlang. Unang bumalangkas si Galileo ng batas ng pagkawalang-galaw. Nagtalo siya na kung ang isang puwersa ay kumikilos sa isang katawan, kung gayon ang resulta ng pagkilos nito ay hindi nakasalalay sa kung ang katawan ay nagpapahinga o gumagalaw. Sa kaso ng libreng pagkahulog, ang puwersa ng pagkahumaling ay patuloy na kumikilos sa katawan, at ang mga resulta ng pagkilos na ito ay patuloy na summed up, dahil ayon sa batas ng pagkawalang-galaw, ang aksyon na dulot ng oras ay napanatili. Ang representasyong ito ay ang batayan ng kanyang lohikal na pagtatayo, na humantong sa mga batas ng malayang pagkahulog.
Tinukoy ni Galileo ang free fall acceleration na may malaking error. Sa "Dialogue" sinabi niya na ang bola ay nahulog mula sa taas na 60 m sa loob ng 5 s. Ito ay tumutugma sa halaga g, halos dalawang beses na mas maliit kaysa sa totoo.
Siyempre, hindi tumpak na matukoy ni Galileo g, dahil wala siyang stopwatch. Ang isang hourglass, isang water clock, o ang pendulum clock na naimbento niya ay hindi nakakatulong sa isang tumpak na pagbabasa ng oras. Ang acceleration dahil sa gravity ay tumpak lamang na natukoy ng Huygens noong 1660.
Upang makamit ang higit na katumpakan ng pagsukat, naghanap si Galileo ng mga paraan upang bawasan ang rate ng pagkahulog. Ito ay humantong sa kanya sa mga eksperimento sa isang hilig na eroplano.

Metodolohikal na tala. Sa pakikipag-usap tungkol sa mga gawa ni Galileo, mahalagang ipaliwanag sa mga mag-aaral ang kakanyahan ng pamamaraan na ginamit niya sa pagtatatag ng mga batas ng kalikasan. Una, nagsagawa siya ng isang lohikal na pagtatayo, kung saan sumunod ang mga batas ng libreng pagkahulog. Ngunit ang mga resulta ng lohikal na konstruksyon ay dapat na mapatunayan ng karanasan. Ang pagkakaisa lamang ng teorya sa karanasan ay humahantong sa paniniwala ng hustisya, ng batas. Upang gawin ito, kailangan mong sukatin. Pinagsama ni Galileo ang kapangyarihan ng teoretikal na pag-iisip sa eksperimentong sining. Paano suriin ang mga batas ng libreng pagkahulog kung ang paggalaw ay napakabilis at walang mga instrumento para sa pagbibilang ng maliliit na yugto ng panahon.
Binabawasan ni Galileo ang rate ng pagkahulog sa pamamagitan ng paggamit ng isang inclined plane. Ang isang uka ay ginawa sa board, na nilagyan ng pergamino upang mabawasan ang alitan. Isang pinakintab na bolang tanso ang inilunsad pababa sa chute. Upang tumpak na sukatin ang oras ng paggalaw, nakuha ni Galileo ang mga sumusunod. Isang butas ang ginawa sa ilalim ng isang malaking sisidlan na may tubig, kung saan dumaloy ang isang manipis na sapa. Pumunta siya sa isang maliit na sisidlan, na paunang tinimbang. Ang tagal ng panahon ay sinusukat sa pamamagitan ng pagtaas ng bigat ng sisidlan! Sa pamamagitan ng paglulunsad ng bola mula sa kalahati, isang quarter, atbp. ng haba ng isang hilig na eroplano, natuklasan ni Galileo na ang mga distansyang nilakbay ay nauugnay bilang mga parisukat ng oras ng paggalaw.
Ang pag-uulit ng mga eksperimentong ito ni Galileo ay maaaring magsilbing paksa ng kapaki-pakinabang na gawain sa isang bilog sa pisika ng paaralan.

Bumalik sa paaralan, sa isa sa mga aralin sa pisika, nagulat ako sa pagtatapos ng guro, na nakumpirma sa teksto ng aklat-aralin, na ang lahat ng mga katawan na bumabagsak mula sa parehong taas ay makakarating sa ibabaw ng Earth sa parehong oras, anuman ang masa ng mga bumabagsak na katawan. Siyempre, sa kawalan ng paglaban ng hangin.


Malinaw na kung ang mga acceleration ng mga katawan ay pareho, kung gayon ang mga bilis ng kanilang pagbagsak sa anumang oras ay pantay, kapag ang mga katawan ay pinapayagan na mahulog mula sa parehong taas na may parehong paunang bilis.

v = v0 + gt

At naaalala ko ang paglalarawan ng sumusunod na eksperimento, diumano'y isinagawa ni Newton. Ang hangin ay pumped out mula sa isang mahabang glass tube at sa parehong oras ng lead weight at isang balahibo ay pinapayagang mahulog. At ang parehong mga bagay, ang parehong mga katawan ay sabay na hinawakan ang ilalim ng tubo. Kaya't ang konklusyon na nabuo sa itaas ay iginuhit.

Pagkatapos, sa paaralan, naisip ko: pagkatapos ng lahat, sa oras na iyon ay walang mga photocell. Paano pinamamahalaan ng siyentipiko na ayusin ang oras nang ang mga katawan ay humipo sa ibabaw? Pagkatapos ng lahat, sa Earth, ang mga katawan ay nahuhulog mula sa taas na dalawang metro sa wala pang isang segundo, at ang reaksyon ng isang tao ay halos isang segundo. Ngunit paano kung ang mga katawan ay hindi pa rin maabot ang ilalim ng tubo sa parehong oras, ngunit ang pagkakaiba ay napakahirap ayusin?

Subukan nating malaman ito. Kung may makapansin ng pagkakamali sa pangangatwiran - ako ay magpapasalamat para sa anumang nakabubuo na pangungusap.

Bago magpatuloy, kinakailangang alalahanin kung paano kinakalkula ang bilis ng paglapit ng dalawang katawan. Sabihin nating mayroong 600 km sa pagitan ng mga lungsod, at dalawang kotse ang nagmaneho patungo sa kanila sa patuloy na bilis. Ang isa ay naglalakbay ng 80 km bawat oras, ang isa ay 120 km bawat oras. Sa 3 oras, ang una ay maglalakbay ng 240 km, ang pangalawa - 360 km, sa kabuuan - 600 km. Yung. magtatagpo ang mga kotse, na nangangahulugang sa kasong ito ang bilis ay dapat idagdag, at upang malaman ang sandali ng pagpupulong ng mga katawan, hatiin lamang ang distansya sa pagitan nila sa kabuuang bilis ng diskarte.

Ngayon gawin natin ang isang eksperimento sa pag-iisip. May isang planetang Earth na may free fall acceleration nito g. Ayon sa batas ng unibersal na grabitasyon ni Newton, ang dalawang katawan ay umaakit sa isa't isa ayon sa proporsyon ng kanilang mga masa at inversely bilang parisukat ng distansya sa pagitan ng mga katawan.

Sa kabilang banda, ang bigat ng isang body mass m katumbas P = mg. Sa kawalan ng iba pang pwersa, ang bigat ng isang katawan sa Earth ay magiging katumbas ng puwersa ng mutual attraction sa pagitan ng Earth at ng katawan mismo, i.e. F=P. Binabawasan namin ng m at makuha namin ang formula na ipinapakita sa pinakamataas na larawan:

Ang tanda ng tinatayang pagkakapantay-pantay, tila, ay sanhi ng pagsasaalang-alang sa hindi pantay na pamamahagi ng density sa katawan ng Earth.

Ngayon ipagpalagay na sa layo na, sabihin nating, isang kilometro mula sa ating Earth, may isa pang planeta na may eksaktong parehong mga katangian. Ang ganitong kakaibang kambal - Earth 2 .

Anong mga puwersa ang kumikilos dito? Isa lamang: ang puwersa ng grabidad mula sa Earth. Sa ilalim ng impluwensya ng puwersang ito, ang Earth 2 mabilis na sumugod patungo sa lupa v=gt.

Ngunit ang puwersa ng gravitational mula sa Earth ay kumikilos din sa Earth 2 ! Yung. ang ating planeta ay "huhulog" din sa Earth sa patuloy na pagtaas ng bilis 2 . Malinaw na sa anumang sandali ng oras ang parehong mga bilis ay magkapareho sa ganap na halaga at palaging nakadirekta sa tapat - parehong Earth ay pantay sa kanilang mga pisikal na katangian.

Bilis ng diskarte v1 ay magiging katumbas ng v 1 = gt - (-gt) = 2gt.

Ngayon ay ilalagay natin sa halip na ang Earth2, sabihin nating, ang Buwan. May free fall acceleration ang buwan g Buwan humigit-kumulang 6 na beses na mas maliit kaysa sa lupa. Kaya, sa ilalim ng pagkilos ng parehong batas ng unibersal na grabitasyon, ang Buwan ay babagsak sa Earth nang may pagbilis g, at ang Earth sa Buwan na may acceleration g Buwan. Tapos ang bilis ng approach v2 ay magiging iba kaysa sa unang kaso, ibig sabihin:

v 2 = gt + g ng Buwan * t = (g + g ng Buwan) * t.
Halaga g + g Mga buwan humigit-kumulang 1.7 beses na mas mababa kaysa sa halaga 2g.

Ano ang mangyayari? Ang distansya sa pagitan ng mga katawan (pagbagsak ng taas) ay pareho, ngunit ang mga bilis ng pagbagsak ay iba. Pero tinitiyak namin na ang oras ng taglagas ay pareho para sa mga katawan ng anumang masa! Pagkatapos ay nakakakuha tayo ng isang kontradiksyon: ang taas ng taglagas ay pareho, ang oras ay pareho, ngunit ang mga bilis ay naiiba. Hindi dapat ganito ang pisika. Maliban kung, siyempre, isang pagkakamali ang pumasok sa aking pangangatwiran.

Ang isa pang bagay ay para sa mga praktikal na kalkulasyon, ang katumpakan ay sapat na, kung hindi natin isasaalang-alang ang pagbilis ng libreng pagbagsak ng katawan na bumabagsak sa Earth: ito ay masyadong maliit kumpara sa halaga. g dahil sa hindi pagkakatulad ng masa ng Earth at ang bumabagsak na katawan. Ang masa ng ating planeta ay humigit-kumulang 6 × 10 24 kg, na talagang hindi maihahambing sa anumang katawan na bumabagsak sa Earth.

Gayunpaman, ang pahayag sa mga aklat-aralin na sa kawalan ng paglaban ng hangin ang lahat ng mga katawan ay mahuhulog sa Earth na may parehong bilis ay dapat kilalanin bilang hindi tama. Mali rin ang pahayag na bumagsak sila sa parehong bilis. Sa halos pareho - oo, sa mathematically at pisikal na eksaktong pareho - hindi.

Ang ganitong mga pahayag sa aklat-aralin baluktutin ang tamang pang-unawa sa totoong larawan ng mundo.