Что вижу - о том пою (aragont) wrote,
Что вижу - о том пою
aragont

Законы Галилея

Если вспомнить, что учебники физики пишут про Галилея (кроме астрономии), то главными работами его жизни будут эти:
- тела без воздействия на них силы движутся равномерно и прямолинейно;
- падающие тела набирают скорость;
- под действием силы тяжести тела падают равноускоренно, причем ускорение не зависит от веса.

В качестве догалилеевских воззрений приводят следующие варианты:
- брошенное вдаль тело изначально получает запас скорости, но постепенно его теряет и падает вниз "камнем". Более тяжелое тело запасает больше движения;
- сила, приложенная к телу, пополняет запас скорости. На более тяжелое тело действует большая сила, значит оно падает быстрее.

Самое интересное, что догалилеевские варианты, мало того, что более интуитивны, так они ещё и существенно лучше согласуются с наблюдаемыми явлениями.

За неимением пизанской башни, можно выйти на балкон девятого этажа и с силой бросить горизонтально вперёд камушек и пушинку. Камушек некоторое время будет лететь почти прямо горизонтально, а потом сорвётся в крутое пике и начнет падать почти вертикально. Пушинка проделает то же самое, только в меньших масштабах - несколько сантиметров вперед, а потом плавно и равномерно к земле.

С пушинкой все более или менее понятно - Галилей изучал поведение тел в воде и мог предположить, что если взять среду более "лёгкую" чем воздух, то она будет оказывать меньшее влияние на движение пушинки по аналогии с тем, как более тяжелая вода оказывает большее влияние на движение камня.

А вот с ускорением у меня и возник вопрос: Какой эксперимент мог поставить Галилей, чтобы оценить ускорение НЕ ИМЕЯ СЕКУНДОМЕРА?

В "Избранных трудах в двух томах" нашлась следующая цепочка рассуждений:

В "Механике" Галилей вводит в характеристики механизмов кроме силы и расстояния (используемых со времен Архимеда) ещё и скорость (или время преодоления расстояния).

Начинает он с того, что предлагает представить ситуацию, когда нам надо передвинуть тонну песка на километр. Тонну мы поднять не можем, зато можем пятьдесят раз перенести по двадцать килограмм. Вес остался прежним, расстояние тоже, а время увеличилось в пятьдесят раз (или скорость перемещения стала в пятьдесят раз меньше). Дальше чисто геометрическим построением он показывает, что при использовании рычага для перемещения цельного булыжника весом в тонну, скорость короткого конца рычага будет меньше, чем скорость длинного (время одинаковое, а расстояние меньше). Наконец, рассматривая удара молотком по гвоздю, он сравнивает расстояние, которое пролетел бы молот промазав (10 шагов) с расстоянием на которое вошел в дерево гвоздь (одна сотая доля шага). Из этого Галилей выводит, что скорость забивания в тысячу раз меньше скорости молота, а значит сила в тысячу раз больше.

Пользуясь идеей связи скорости и силы удара Галилей занялся мысленными экспериментами с ускорением в "Беседах и математических доказательствах":
Возьмем стальной шарик и кусок пластилина. Если просто положить шарик на пластилин, то он останется лежать на поверхности. Если уронить - то оставит вмятину. Чем с большей высоты мы роняем шарик - тем глубже вмятина, а значит выше скорость. На возражения современников о том, что по этой теории в начале пути скорость должна быть очень мала и шарик должен некоторое время зависать в воздухе, Галилей отвечал:
1) Да мала. Уроните шарик на пластилин с толщины бумажного листа и вмятина будет совсем незаметна.
2) Шарик не задерживается на этой малой скорости ни на какую долю секунды, а пролетает в мгновение, переходя к большей скорости.

С законом ускорения Галилей поступил просто: "Нет ничего разумнее, чем предположить, что скорость увеличивается на равные величины за равные промежутки времени."

Забавно, но в момент обсуждения силы удара молота Галилей неявно считает, что дальность полета молота пропорциональна количеству накопленной в нем энергии, что полностью противоречит его же закону о равномерном прямолинейном движении.
Tags: математика, физика
Subscribe

  • Квантовый пулемёт

    Нашёл в интернете описание интересного физического опыта. Если в ленту пулемёта зарядить случайным образом боевые и холостые патроны, то…

  • Условный рефлекс

    После 10 лет вождения стал замечать за собой определённый автоматизм при посадке в машину и высадке из нее. Сел, завел двигатель, пристегнулся,…

  • Подслушанное

    Натюрморт, это портрет, за который не надо платить натурщице (Подслушано в телевизионном интервью с заслуженным художником)

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments