"Если я и видел дальше других, то только потому, что стоял на плечах гигантов".
Исаак Ньютон
Чего не хватало Кеплеру для объяснения движения планет, так это знания "механики", новой науки о движении, возникшей в результате исследований Галилея и Ньютона.
ГАЛИЛЕЙ
Галилео Галилей (итальянец, 1564-1642) родился через двадцать один год после смерти Коперника. В 1581 году он поступил в Пизанский университет, чтобы изучать медицину, но вскоре заинтересовался математикой. Четыре года спустя нехватка денег вынудила его прекратить учебу до получения ученой степени, но он продолжал посвящать себя математике и естественным наукам. В 1589 году опубликованная им статья принесла ему звание "Архимеда своего времени" и должность преподавателя математики в Пизанском университете. Здесь он начал проводить эксперименты по движению падающих тел.
В возрасте 28 лет он стал профессором математики в Университете Падуи, где продолжил свои исследования принципов движения. За 18 лет, проведенных там, он приобрел международную репутацию ученого и изобретателя. Хотя он и не изобрел телескоп, в 1609 году он разработал первый телескоп, пригодный для астрономических наблюдений, став, таким образом, первым человеком, когда-либо смотревшим на небо через телескоп.
С помощью своего нового прибора Галилей сделал ряд важных открытий, таких как:
• Поверхность Луны не гладкая и отполированная, как полагалось совершенному небесному телу, а шероховатая и неровная.
• На поверхности Солнца, еще одного предположительно совершенного небесного тела, есть пятна.
• Четыре спутника вращаются вокруг Юпитера, опровергая теорию Аристотеля о том, что все небесные тела естественным образом вращаются вокруг центра Вселенной.
Вскоре после объявления о своих открытиях в 1610 году, в 46 лет Галилей был назначен "первым философом и математиком" великим герцогом Тосканы, должность, которая гарантировала ему большую зарплату и больше времени для исследований.
В течение многих лет Галилей верил в теорию Коперника и разработал множество аргументов в ее поддержку. Однако, опасаясь насмешек, он держал свои взгляды при себе. Лестный прием, оказанный ему в папском суд, когда он продемонстрировал свой телескоп, призвал его открыто защищать теорию Коперника, и его взгляды стали очень популярными.
Астрономические открытия Галилея поставили под серьезные сомнения открытия Аристотеля Системы Мира, но они на самом деле не доказали, что Земля вращается вокруг Солнца. Однако Галилей мог доказать, что аргументы, выдвинутые против движения Земли, были несостоятельны. Его оппоненты, например, задавались вопросом, как Земля может казаться неподвижной, если на самом деле она несется в космосе. Они утверждали, что даже птица сидела на ветке, остался бы позади в космосе в тот момент, когда он отпустил ветку!
Ответ Галилея состоял в том, что птица двигалась вместе с Землей, пока находилась на ветке, и она сохраняла это движение даже после того, как отпустила ее. По той же причине, если камень упадет с мачты корабля, он ударится о палубу у подножия мачты, независимо от того, стоит ли корабль на месте или движется, потому что камень сохраняет ту скорость, которую он имел до того, как был сброшен.
Однако, когда Галилей попытался утверждать, что теория Коперника может быть согласована с Библией, он встретил противодействие со стороны теологов.
Обеспокоенный тем, что этот вопрос может подорвать католицизм в его борьбе против Протестантизм, в 1616 году (73 года спустя после смерти Коперника) Церковь объявила теорию Коперника "ложной и ошибочной". Галилею было рекомендовано не поддерживать эту теорию, хотя ее все еще можно было обсуждать как простое "математическое предположение".
В течение следующих семи лет Галилей хранил молчание по этому вопросу. В 1623 году, Маффео Барберини, который в качестве кардинала был давним другом и защитником Галилея, стал папой Урбаном VIII. Галилей попросил его разрешения обсудить аргументы в пользу теории Коперника, ориентированной на Солнце, по сравнению с теорией Птолемея, ориентированной на Землю. Его просьба была удовлетворена при условии, что он обсудил теорию Коперника только как умозрительную гипотезу и пришел к выводу, что человек не может предполагать, что знает, как на самом деле устроен мир, поскольку Бог мог бы добиться тех же результатов невообразимыми способами.
Девять лет спустя, в 1632 году, Галилей опубликовал свой "Диалог о Две Главные мировые системы - Птолемеевская и Коперниковская", которая быстро завоевала международную известность.
В следующем году, несмотря на то, что многие люди в Церкви поддержали Галилея и будет продолжать делать это в частном порядке, Галилея вызвали в Рим, привлекли к суду и заставили отречься. Предложение (которое три кардиналы отказались подписать) потребовал бы тюремного заключения, но папа немедленно заменил его домашним арестом, который действовал в течение последних восьми лет жизни Галилея.
Даже в заточении своего небольшого поместья Галилей продолжал свою научную работу до самого конца. В 1634 году он завершил "Диалог о Две новые науки". (Новыми науками были Прочность материалов и механика). Во второй половине книги он кратко изложил свои эксперименты и размышления о принципах механики. Его последнее телескопическое открытие был сделан в 1637 году, всего за несколько месяцев до того, как он ослеп. Он умер в 1642 году в возрасте 78 лет.
Почти три с половиной столетия спустя, в октябре 1992 года, папа Иоанн Павел II выступил с речью в защиту Галилея, в которой он сказал: "В 17 веке теологи не смогли провести различие между верой в Библию и ее толкованием. Галилей утверждал, что Священные Писания не могут ошибаться, но их часто неправильно понимают. Это понимание сделало ученого более мудрым теологом, чем его ватиканские обвинители".
Некоторые Основные Определения
Прежде чем подвести итоги исследований Галилея в области движения, нам нужно несколько основных определений и понятий.
Скорость
Давайте представим, что мы едем по прямой дороге. Если нам требуется 2 часа, чтобы преодолеть расстояние в 100 миль, мы говорим, что мы проехали со средней скоростью 50 миль в час. Скорее всего, мы двигались в разы быстрее и в разы медленнее этой средней скорости. Если бы мы следили за нашим одометром с интервалом в полчаса, мы могли бы обнаружить, что за первые полчаса мы преодолели расстояние в 15 миль, следовательно, двигаясь со средней скоростью 30 миль в час. Опять же, в течение этого получасового интервала мы можем двигались иногда быстрее, а иногда медленнее, чем средняя скорость за этот интервал. Рассматривая средние скорости за все меньшие и меньшие промежутки времени, мы приходим к понятию мгновенной (мгновенной за мгновением) скорости.
Мы говорим, что тело (объект) движется прямолинейным равномерным движением в течение некоторого заданного интервала времени, если и скорость, и направление движения остаются постоянными в течение этого интервала.
Ускорение
Предположим теперь, что тело движется, все еще по прямой линии, со скоростью это не однообразно. Предположим, например, что в какой-то момент времени скорость составляет 30 футов в секунду, а через две секунды-50 футов в секунду. Мы говорим, что тело "ускорилось" с 30 до 50 футов в секунду за 2 секунды, и мы определяем среднее ускорение за этот промежуток времени как изменение скорости, деленное на интервал времени, или (50-30)/2 = 10, то есть скорость увеличилась в среднем на 10 футов в секунду каждую секунду. И наоборот, если скорость тела уменьшается с 50 до 30 футов в секунду в две секунды мы говорим, что тело "замедляется" со средней скоростью 10 футов в секунду каждую секунду.
Как и в случае со скоростью, мы можем рассматривать все меньшие и меньшие промежутки времени, чтобы прийти к концепции мгновенного ускорения. В общем случае как скорость, так и ускорение движущегося тела могут меняться от мгновения к мгновению.
Мы говорим, что движение по прямой равномерно ускоряется в течение некоторого интервала времени, если ускорение в течение этого интервала постоянно; например, если его скорость неуклонно возрастает со скоростью два фута в секунду каждую секунду.
Векторы
В общем случае объект будет двигаться по некоторой изогнутой траектории, а не по прямой. Таким образом, одной скорости в целом недостаточно для описания движения тела, поскольку мы также должны указать его направление, которое может изменяться.
По этой причине удобно ввести новую величину, называемую "скорость", которая определяет как скорость, так и направление движущегося объекта.
Скорость-это пример величины, которая может быть представлена стрелкой, имеющей определенную длину, или "величину", и определенное направление. Мы назовем такую стрелку "вектором". Для данного движущегося объекта в какой-то момент направление вектора его скорости задает направление движения, в то время как длина вектора представляет скорость объекта.
Другим примером величины, которая может быть представлена вектором, является сила, с которой мы могли бы тянуть лодку на конце веревки. Направление вектора силы-это направление натянутого каната; длина вектора представляет силу, с которой мы тянем лодку. Другим примером силы является то, что действует на небольшой кусок железа, когда его притягивает находящийся поблизости магнит.
Результаты Галилея
Галилей доказал неправоту двух основных утверждений Аристотеля, которые оставались бесспорными на протяжении многих веков:
• Тяжелые тела по своей природе падают быстрее, чем легкие тела.
• Естественное состояние тела-оставаться в покое. Чтобы привести тело в движение и поддерживать его в движении, требуется действие силы, постоянно находящейся в контакте с телом.
Для изучения движения Галилей использовал маленькие гладкие металлические сферы разного веса, катящиеся по очень гладкой наклонной плоскости. Использование небольших сфер а плавность плоскости значительно уменьшила влияние сопротивления воздуха и трения.
#физика #наука и техника #исследования ученых #ученые #гипотезы #природа #законы физики #скорость #ускорение
