Experimentul de accelerare al lui Galileo
Michael Fowler, UVa Departamentul de Fizică
Rezumând viziunea lui Aristotel
Aristotel a susținut că există două tipuri de mișcare pentru materia neînsuflețită, naturală și nenaturală. Mișcarea nenaturală (sau „violentă”) este atunci când se împinge ceva și, în acest caz, viteza mișcării este proporțională cu forța împingerii. (Acest lucru a fost probabil dedus din vizionarea căruțelor de boi și a bărcilor.) Mișcarea naturală este atunci când ceva își caută locul natural în univers, cum ar fi o piatră care cade sau un foc care se ridică. (Vorbim aici doar despre substanțe compuse din pământ, apă, aer și foc, „mișcarea circulară naturală” a planetelor, compusă din oither, este considerată separat).
Pentru mișcarea naturală a obiectelor grele care cad pe pământ, Aristotel a afirmat că viteza de cădere a fost proporțională cu greutatea, și invers proporțională cu densitatea mediului trupul cădea prin. El a menționat, de asemenea, că a existat o oarecare accelerație, deoarece corpul s-a apropiat mai îndeaproape de propriul element, greutatea sa a crescut și a accelerat. Cu toate acestea, aceste observații din Aristotel sunt foarte scurte și vagi și, cu siguranță, nu sunt cantitative.
De fapt, aceste opinii despre Aristotel nu au rămas necontestate nici măcar în Atena antică. La aproximativ 30 de ani de la moartea lui Aristotel, Strato a subliniat că o piatră căzută de la o înălțime mai mare avea un impact mai mare asupra solului, sugerând că piatra a luat o viteză mai mare pe măsură ce a căzut de la înălțimea mai mare.
Două științe noi
Galileo și-a expus ideile despre caderea corpurilor și despre proiectile în general, într-o carte numită „Două științe noi”. Cele două au fost știința mișcării, care a devenit piatra de temelie a fizicii, și știința materialelor și a construcției, o contribuție importantă la inginerie.
Ideile sunt prezentate în mod viu ca un dialog care implică trei personaje, Salviati, Sagredo și Simplicio. Punctul de vedere oficial al Bisericii, adică aristotelianismul, este prezentat de personajul numit Simplicio și de obicei demolat de ceilalți. Apărarea lui Galileo când a fost acuzat de erezie într-o carte similară a fost că el tocmai expunea toate punctele de vedere, dar acest lucru este oarecum lipsit de sens --- Simplicio este aproape invariabil descris ca fiind simplist.
De exemplu, pe pagina TNS 62, Salviati afirmă:
Mă îndoiesc foarte mult că Aristotel a testat vreodată prin experiment dacă este adevărat că două pietre, una cântărind de zece ori mai mult decât cealaltă, dacă ar fi lăsate să cadă, în același moment, de la o înălțime de, să zicem, 100 de coți, ar diferi atât de mult cu o viteză care atunci când cele mai grele ajunseseră la pământ, cealaltă nu ar fi căzut mai mult de 10 coți.
Răspunsul lui Simplicio la acest lucru nu este să gândim în termeni de a face el însuși experimentul pentru a răspunde provocării lui Salviati, ci pentru a examina mai îndeaproape sfântul mandat:
SIMP: Limbajul său pare să indice că a încercat experimentul, deoarece spune: Vedem cele mai grele; acum cuvântul vedea arată că făcuse experimentul.
Sagredo se alătură apoi:
SAGR: Dar eu, Simplicio, care am făcut testul, vă pot asigura că o minge de tun care cântărește una sau două sute de lire sterline, sau chiar mai mult, nu va ajunge la pământ la fel de mult ca o deschidere înainte de o minge de muschet care cântărește doar jumătate o lira, cu condiția ca ambele să cadă de la o înălțime de 200 de coți.
Acest lucru marchează apoi începutul erei moderne în știință - atitudinea care afirmă despre autoritățile fizice despre lumea fizică, oricât de înțelepte sau venerate ar sta sau cad prin test experimental. Legenda spune că Galileo a efectuat acest experiment special din turnul înclinat din Pisa.
Galileo continuă să ofere o analiză detaliată a cadavrelor. El își dă seama că pentru obiectele extrem de ușoare, cum ar fi penele, rezistența la aer devine efectul dominant, în timp ce face doar o mică diferență în experimentul prezentat mai sus.
Mișcare accelerată natural
După ce a stabilit experimental că obiectele grele cad practic la același ritm, Galileo a continuat să analizeze întrebarea centrală despre viteza căderii abia atinsă de Aristotel---cum variază viteza în timpul toamnei?