Metody badań Galileusza

1. Metody badań Galileusza

2. Galileusz [Galileo Galilei] (1564-1642) Włoski fizyk, matematyk, astronom i filozof, twórca podstaw eksperymentalnych metod w przyrodoznawstwie, a także, dzięki opracowaniu lunety astronomicznej, podstaw współczesnej astronomii obserwacyjnej. więcej

3. Wprowadzając metody eksperymentalne w fizyce Galileusz kładzie szczególny nacisk na wykonywanie systematycznych pomiarów, aby można było w ten sposób badać regularność zjawisk i wyrazić je w sposób matematyczny. Najbardziej znane jego zasługi dla fizyki to: 1. Podjęcie próby zmierzenia prędkości światła 2. Sformułowanie twierdzenia o przyspieszeniu 3. Zbudowanie teleskopu, który pozwolił na obserwację planet, gwiazd, Księżyca

4. Galileo Galilei (Galileusz) jako pierwszy podjął próby zmierzenia prędkości światła. Było to na początku XVII wieku. Poszedł w nocy za miasto ze służącym. Mieli dwie latarnie. Galileusz stanął na jednym wzgórzu, a służący z drugą latarnią na innym. Obie latarnie były zasłonięte. Galileusz najpierw odsłonił swoją, a na ten sygnał jego służący miał odsłonić swoją latarnię. Galileusz sądził że gdyby światło pędziło ze skończoną prędkością, to błyski powinny być odległe w czasie.

5. Niestety, w trakcie wielokrotnych prób Galileusz zorientował się, że błysk latarni służącego następował równocześnie z odsłonięciem swojej latarni. Wywnioskował, że albo światło biegnie nieskończenie szybko, albo jego prędkość jest skończona, ale bardzo wielka.Widać, że metoda Galileusza nie była doskonała, jednak przy tak wielkiej prędkości światła, którą dziś znamy i tak dużo wywnioskował.

6. Galileusz poświęcił także wiele uwagi badaniom ruchu. Niezależnie od tego, czy faktycznie zrzucał kamienie z krzywej wieży Pizie, czy też nie, jego eksperymenty zawsze poprzedzała logiczna analiza związków między odległością, czasem, prędkością. Galileusz nie badał ruchu ciał swobodnie spadających; zamiast tego zastosował pewną sztuczkę: puszczał je po nachylonych powierzchniach (czyli po tak zwanych równiach pochyłych). Odkrył, że ruch kuli toczącej się po gładkiej płycie jest ściśle związany z ruchem kuli spadającej swobodnie, przy czym płyta stanowi ogromne udogodnienie, ponieważ spowalnia ruch do tego stopnia, że pozwala go zmierzyć.

7. W zasadzie mógł sprawdzić poprawność tego rozumowania, zaczynając próby od niewielkiego kąta nachylenia – unosząc koniec dwumetrowej deski na wysokość paru centymetrów – powtarzając pomiar przy stopniowo zwiększanym kącie tak długo, aż prędkość kuli stanie się zbyt duża, by mógł ją zmierzyć. W  ten sposób upewniłby się, że może uogólniać swoje wnioski na ruch po szczególnej równi, czyli na pionowy spadek swobodny.

8. Potrzebował jednak coś co pomogłoby mu zmierzyć czas, a przecież stoper pojawił się 300 lat później.  Galileusz zagubiony krainie pozbawionej czasomierzy postanowił zrobić z równi pochyłej swego rodzaju instrument muzyczny. W poprzek deski naciągnął kilka strun lutniowych. Teraz toczące się w  dół kulki trącały je. Następnie Galileusz przesuwał każdą ze strun w  górę i  w  dół tak długo, aż uznał, że staczająca się po równi kula odmierza równy rytm. Gdy wreszcie struny były rozmieszczone prawidłowo, nucąc sobie marsza na „raz” wypuszczał kulę, która wybijała doskonały rytm, uderzając kolejne struny co pół sekundy. Galileusz zmierzył odległości między nimi okazało się, że rosły one zgodnie z postępem geometrycznym. Innymi słowy, odległość między punktem startu a drugą struną była cztery razy większa niż między punktem startu a pierwszą struną. Odległość dzieląca trzecią strunę od punktu startu była dziewięciokrotnie większa niż odcinek wyznaczony przez pierwszą strunę, czwarta natomiast była w odległości równej szesnastu odcinkom początkowym i tak dalej. Mimo to czas, jakiego kula potrzebowała na przebycie każdego z  nich, wynosił zawsze pół sekundy. (Stosunek tych liczb: 1 do 4 do 9 do 16 można także wyrazić w  postaci kwadratów kolejnych liczb naturalnych: 22, 32, 42 …

9. Ponieważ Galileusz był matematykiem, znalazł wzór służący do opisu tego ruchu. Odległość s, jaką przebywa spadające ciało, równa jest liczbie A  pomnożonej przez podniesiony do kwadratu czas t,  potrzebny ciału na przebycie tej drogi. W  starożytnym języku algebry można powyższe  zdanie streścić następująco: s = At2. Dla każdego kąta nachylenia deski współczynnik A ma inną wartość. A  reprezentuje tu pojęcie przyspieszenia, to znaczy wzrastania prędkości ciała w  miarę spadania. Galileusz wydedukował, że prędkość zmienia się w  zależności od czasu w  prostszy sposób niż odległość, wzrastając tylko proporcjonalnie do czasu a nie do jego kwadratu. 2 s=A t v=A t . .

10. Prawo swobodnego spadania jest także przykładem badań Galileusza. Wcześniejsze obserwacje Arystotelesa, które polegały na mierzeniu czasu swobodnego spadku monety i pióra doprowadziły do sformułowania prawa, mówiącego, że ciała ciężkie spadają szybciej niż lekkie. Galileusz pierwszy zaobserwował, że tak nie jest.

11. Zgodnie z  legendą, Galileusz spędził cały poranek, spuszczając z  wieży ołowiane kulki i  przekonując o  swej racji wszystkich zainteresowanych obserwatorów. Był na tyle roztropny, by nie używać piórka i  grosika, lecz ciał o  różnym ciężarze, ale o  jednakowym kształcie (na przykład kula drewniana i   ołowiana o  takich samych średnicach), tak aby napotykały jednakowy opór powietrza. W ten sposób Galileusz zaobserwował i wykazał, że prędkość swobodnego spadania zupełnie nie zależy od masy spadającego ciała. (Nie wiedział, co prawda, dlaczego tak jest dopiero Einstein zdołał to zrozumieć w  1905 roku).

12. Eksperymentalne podejście do nauki zapoczątkował Galileusz także w astronomii. Dowiedziawszy się, iż połączone dwie soczewki powiększają obraz przedmiotu oparł się na rozważaniach teoretycznych, zbudował teleskop i jako pierwszy użył do badań astronomicznych.

13. Użycie teleskopu pozwoliło przekonać się, że wszystkie planaty są podobne do Ziemi mają tylko inny wygląd i rozmiary. Galileusz wykrył także: góry na Księżycu, zbiorowisko gwiazd w Drodze Mlecznej, cztery księżyce Jowisza, plamy na Słońcu, fazy Wenus i pierścienie Saturna. Stało się to czynnikiem dalszego rozwoju nauki.

14. Literatura • M. Klisowska „Dzieje idei Wszechświata” • E. Names „Sprawa Galileusza” • Strona internetowa Wielka Encyklopedia www.wikipedia.org/wiki/Galileusz