Эксперимент Пизанской башни Галилея

Между 1589 и 1592 годами [1] итальянский ученый Галилео Галилей (в то время профессор математики в Пизанском университете ), как говорят, сбросил две сферы разной массы с Пизанской башни, чтобы продемонстрировать, что время их спуска не зависит от их масса, согласно биографии ученика Галилея Винченцо Вивиани , составленной в 1654 году и опубликованной в 1717 году. [2] [3] : 19–21 [4] [5]

Пизанская башня , где эксперимент состоялся.

Согласно рассказу, Галилей в ходе этого эксперимента обнаружил, что объекты падают с одинаковым ускорением, что подтвердило его предсказание и в то же время опровергло теорию гравитации Аристотеля (которая утверждает, что объекты падают со скоростью, пропорциональной их массе). Большинство историков считают, что это был мысленный эксперимент, а не физическая проверка. [6] Галилей не был первым, кто сделал это наблюдение, ему на тысячелетие предшествовал Иоанн Филопон , христианский философ и комментатор Аристотеля. [7]

В то время, когда Вивиани утверждает, что эксперимент имел место, Галилей еще не сформулировал окончательную версию своего закона падающих тел . Однако он сформулировал более раннюю версию, предсказывающую, что тела из одного и того же материала, падающие через одну и ту же среду, будут падать с одинаковой скоростью. [3] : 20 Это противоречило тому, чему учил Аристотель: тяжелые предметы падают быстрее, чем более легкие, и прямо пропорционально их весу. [3] : 9 [8] Хотя эта история пересказывалась в популярных источниках, сам Галилей не упоминал о таком эксперименте, и многие историки считают, что это был мысленный эксперимент . [9] Исключением является Стиллман Дрейк , который утверждает, что это имело место, более или менее, как описала его Вивиани, как демонстрация для студентов. [3] : 19–21, 414–416.

Галилей изложил свои идеи о падающих людях и о снарядах в целом в своей книге « Две новые науки» . Двумя науками были наука о движении, которая стала краеугольным камнем физики, и наука о материалах и строительстве, внесшая важный вклад в инженерное дело. Галилей пришел к своей гипотезе с помощью известного мысленного эксперимента, изложенного в его книге « О движении» . [10] Этот эксперимент проходит следующим образом: представьте себе два объекта, один легкий и один тяжелее другого, соединенных друг с другом веревкой. Сбросьте эту систему объектов с вершины башни. Если мы предположим, что более тяжелые объекты действительно падают быстрее, чем более легкие (и, наоборот, более легкие объекты падают медленнее), веревка скоро натянется, поскольку более легкий объект замедляет падение более тяжелого объекта. Но система в целом тяжелее, чем один тяжелый объект, и поэтому должна падать быстрее . Это противоречие приводит к заключению, что предположение неверно.

Ньивекерк в Делфте, где эксперимент Стевиного и де Гроот состоялся

Похожий эксперимент проводился несколькими годами ранее в Делфте в Нидерландах , когда математик и физик Саймон Стевин и Ян Корнетс де Гроот (отец Гуго де Гроота ) проводили эксперимент с вершины Новой Керк . Эксперимент описан в книге Саймона Стевина 1586 года De Beghinselen der Weeghconst ( Принципы статики ), знаменательной книге по статике :

Возьмем (как это сделал высокообразованный Ян Корнетс де Гроот, прилежный исследователь тайн Природы) два свинцовых шара, один в десять раз больше и тяжелее другого, и пусть они упадут вместе из 30 футов высотой, и это покажет, что самый легкий мяч не в десять раз длиннее самого тяжелого, но они одновременно падают на землю. (...) Это доказывает, что Аристотель неправ. [11] [12] [13]

"> File:Apollo 15 feather and hammer drop.ogvВоспроизвести медиа
Падение Молота и Пера астронавта Дэвида Скотта , Аполлон 15 (1,38 МБ , формат ogg / Theora )

Астронавт Дэвид Скотт выполнил версию эксперимента на Луне во время миссии « Аполлон-15 » в 1971 году, выронив из рук перо и молот. Из-за незначительной лунной атмосферы перо не коснулось земли одновременно с молотом.

  • Предельная скорость (объект, падающий в воздух с достаточной высоты, достигает постоянной скорости, называемой предельной скоростью, когда сила аэродинамического сопротивления, толкающая тело вверх, уравновешивает гравитационную силу (вес), тянущую тело вниз.)
  • Эффект Нордтведта
  • Второй закон Ньютона
  • Закон инерции

  1. ^ Некоторые современные источники предполагают точную дату; например, Рэйчел Хиллиам дает 1591 ( Галилео Галилей: отец современной науки , The Rosen Publishing Group, 2005, стр. 101).
  2. ^ Винченцо Вивиани (1717), Racconto istorico делла вита ди Галилео Галилей , стр. 606: [... dimostrando ciò con replicate esperienze, fatte dall'altezza del Campanile di Pisa con l'intervento delli altri lettori e filosofi e di tutta la scolaresca ... [... Галилей показал это [все тела, какими бы они ни были веса, падают с одинаковой скоростью] путем многократных экспериментов, проводимых с высоты Пизанской башни в присутствии других профессоров и всех студентов ...].
  3. ^ a b c d Дрейк, Стилман (2003). Галилей за работой: его научная биография (факсим. Ред.). Минеола (Нью-Йорк): Dover publ. ISBN 9780486495422.
  4. ^ «Sci Tech: история науки: устанавливаем рекорд» . Индус . 30 июня 2005 года в архив с оригинала на 2 ноября 2005 года . Проверено 5 мая 2009 года .
  5. ^ Винченцо Вивиани на Галилей музей
  6. ^ "El Experimento más famoso de Galileo probablemente nunca tuvo lugar" . Разговор . 16 мая 2019 . Проверено 17 мая 2019 года .
  7. ^ Вильдберг, Кристиан, « Джон Филопонус », Стэнфордская энциклопедия философии (издание зима 2018 г.), Эдвард Н. Залта (ред.) «Что касается естественного движения тел, падающих через среду, Аристотель утверждал, что скорость пропорциональна весу движущихся тел и косвенно пропорциональна плотности среды. Филопон отвергает эту точку зрения, ссылаясь на тот же эксперимент, который Галилей должен был провести столетия спустя (In Phys. 682–84) ».
  8. ^ Шарратт М. (1994). Галилей: решительный новатор . Издательство Кембриджского университета . п. 31. ISBN 0-521-56671-1.
  9. ^ Р. Гроло (июль 2002 г.). «Битва Галилея за небеса» .
  10. ^ Ван Хелден, Альберт (1995). «В движении» . Проект Галилео .
  11. ^ Laet nemen (soo den hoochgheleerden H. IAN CORNETS DE GROOT vlietichste ondersoucker der Naturens verborghentheden, ende ick ghedaen hebben) twee loyen clooten d'een thienmael grooter en swaerder als d'ander, die laet van t'samen vallen vallen op een bart oft but daer sy merckelick gheluyt tegen gheven, ende sal blijcken, dat de lichste gheen thienmael langher op wech en blijft dan de swaerste, maer datse t'samen so ghelijck opt bart vallen, dat haer beyijen teveluyden wesen. S'ghelijcx bevint hem daetlick oock также, встретил twee evegroote lichamen в thienvoudighe reden der swaerheyt, daerom Aristoteles voornomde everedenheyt is onrecht. В: Саймон Стевин, De Beghinselen der Weeghconst , 1586.
  12. ↑ Азимов, Исаак (1964). Биографическая энциклопедия науки и технологий Азимова. ISBN  978-0385177719
  13. ^ EJ Dijksterhuis, ed., Основные работы Саймона Стевина . Амстердам, Нидерланды: CV Swets & Zeitlinger, 1955, т. 1. С. 509, 511.

  • Адлер, Карл Г. (1978). «Галилей и эксперимент Пизанской башни». Американский журнал физики . 46 (3): 199–201. Bibcode : 1978AmJPh..46..199A . DOI : 10.1119 / 1.11165 .
  • Crease, Роберт П. (2006). «Легенда о падающей башне» . В Холле, Линли Эрин (ред.). Законы движения: антология современной мысли . Перепечатка статьи в Physics World , февраль 2003 г. (1-е изд.). Нью-Йорк: Rosen Pub. Группа. С.  8–14 . ISBN 9781404204089.
  • Сегре, Майкл (1989). «Галилей, Вивиани и Пизанская башня». Исследования в области истории и философии науки Часть А . 20 (4): 435–451. DOI : 10.1016 / 0039-3681 (89) 90018-6 .

  • Эксперимент Галилея на Луне
  • Галилей и Пизанская башня
  • Капля молотка-пера в самой большой в мире вакуумной камере