Галилео галилей и его закон свободного падения - наука

Достижения в науках

Галилео Галилей был настолько гениальным ученым, что оставил после себя значимый след в разных отраслях наук.

Физика

Он был основателем экспериментальной физики. Значение его открытий трудно переоценить. Ему принадлежат 2 принципа механики:

относительности для равномерного и прямолинейного движения;
постоянства ускорения силы тяжести.

Эту базу взяли за основу Ньютон, Эйнштейн и другие ученые, создавая свои открытия. Кроме этого, Галилей обосновал и другие законы физики, касающиеся инерции, свободного падения, периода колебаний, движения тел в определенных условиях.В то время науке пока неведомо было отличие между скоростью и ускорением, а Галилео это осознал, бросая с высоты объекты разного веса и размеров. Закон инерции он вообще открыл с помощью лишь умозрительных заключений, представляя себе шар, движущийся по наклонной плоскости. Когда он наблюдал за предметами, катящимися по наклонной, время замерял по своему пульсу.

Математика

Знания по математике Галилей успешно применял в других науках. Кроме того, свои интересные умозаключения о теории вероятности он изложил в труде “Рассуждения об игре в кости”. Также ученый в “Беседах о двух новых науках” изложил свои исследования и расчеты на тему натуральных чисел и их квадратов.
Рис. 7. Статуя Галилея во Флоренции, скульптор Котоди (1839)

Философия и мировоззрение

Если кратко, то основные его идеи о видении мира в том, что он существует вне зависимости от нашего сознания. Материя постоянна и Вселенная является бесконечной. В окружающем мире ничто не исчезает и не возникает из ниоткуда. Просто происходят изменения состояния природных объектов или их составляющих. Материя, которая непрерывно двигается, представляет собой комплекс атомов, которые неделимы. И все движения в природе, космосе, подчиняются законам механики. По Галилею цель науки — найти причины природных явлений. Наблюдения и опыт — основа познания. Многие его открытия появились на свет лишь благодаря тому, что он полагался на собственные опыты, наблюдения, эксперименты, а не на установленные признанными авторитетами догмы. Истинными философами Галилей считал тех, кто “изучает книгу природы” сам, а не зубрил то, что утверждали признанные “светила” науки.
Его мысли и изыскания были изложены во многочисленных сочинениях, трактатах, письмах коллегам, друзьям и покровителям. Они подчеркивают его несомненный литературный дар. Писал он на итальянском языке, хотя отлично знал и латынь. Ученый настолько четко и доступно излагал свои мысли, умел ярко и доходчиво писать, что его научные труды вполне можно считать литературными произведениями.Галилео Галилея можно по праву считать ответственным за рождение современной науки. Оставаясь преданным католиком, он все же отстаивал свою точку зрения до самой смерти и выдал множество трудов, которые взяли за основу другие ученые следующих веков. Это дало большой толчок развитию всех отраслей науки. Галилео Галилеем восхищаются во всем мире не только как одним из самых умных людей своего времени, но и как одним из самых смелых. Еще больше интересных фактов из биографии Галилео Галилея узнайте из видео ниже.

Эванджелиста Торричелли из закон падения

Еще при жизни Галилея Эванджелиста Торричелли (1608—1647) обратил на себя его внимание своим сочинением, в котором решил задачу о движении тела, брошенного с начальной скоростью под углом к горизонту. Торричелли определил траекторию полета (она оказалась параболой), вычислил высоту и дальность полета, показав, что при заданной начальной скорости наибольшая дальность достигается при направлении скорости под углом 45° к горизонту

Торричелли определил траекторию полета (она оказалась параболой), вычислил высоту и дальность полета, показав, что при заданной начальной скорости наибольшая дальность достигается при направлении скорости под углом 45° к горизонту.

Торричелли разработал метод построения касательной к параболе. Задача нахождения касательных к кривым привела к возникновению дифференциального исчисления. Галилей пригласил Торричелли к себе и сделал его своим учеником и преемником.

Рис. Е. Торричелли

Торричелли пошел дальше и показал, что в природе может существовать пустота. Исходя из представления, что мы живем на дне воздушного океана, оказывающего на нас давление, он предложил Вивиани измерить это давление с помощью запаянной трубки, заполненной ртутью. При опрокидывании трубки в сосуд с ртутью ртуть из нее выливалась не полностью, а останавливалась на некоторой высоте, так что в трубке над ртутью образовывалось пустое пространство. Вес столба ртути измеряет давление атмосферы. Так был сконструирован первый в мире барометр.

Открытие Торричелли вызвало огромный резонанс. Рухнула еще одна догма перипатетической физики. Декарт сразу же предложил идею измерения атмосферного давления на различных высотах.

Презентация на тему: » Свободное падение. Развитие взглядов на природу явления свободного падения. Опыт Галилея. Галилей Галилео (15.2.1564-8.1.1642) – итальянский физик, механик,» — Транскрипт:

Свободное падение

Развитие взглядов на природу явления свободного падения. Опыт Галилея. Галилей Галилео ( ) – итальянский физик, механик, астроном и математик, один из основателей точного естествознания, поэт, филолог и критик. Родился в Пизе. Отец был талантливым музыкантом. До 11 лет Галилей жил в Пизе, где учился в школе, затем семья переселилась во Флоренцию. Дальнейшее воспитание получил в монастыре Валломброза. В 17-летнем возрасте, по настоянию отца, Галилей обратился к чтению сочинений других математиков — Евклида и Архимеда. Архимед стал его учителем,Евклида Архимеда определившим в значительной мере содержание и стиль его работы. В занятиях естественными науками ему помог Гвидо Убальди ( гг.), уже тогда прославившийся своим сочинением по статике простых машин. Покровительство последнего дало возможность Галилею получить в 1589 г. кафедру математики в Пизе. Три года спустя он переехал в Падую, а затем в Венецию.

Галилей впервые выяснил, что тяжелые предметы падают вниз так же быстро, как и легкие. Чтобы проверить это предположение Галилео Галилей сбрасывал с Пизанской башни в один и тот же момент пушечное ядро массой 80 кг и значительно более легкую мушкетную пулю массой 200 г. Оба тела имели примерно одинаковую обтекаемую форму и достигли земли одновременно. До него господствовала точка зрения Аристотеля, который утверждал, что легкие тела падают с высоты медленнее тяжелых. Проделав опыт, вы найдете, что больший опередит меньший на два пальца, так что когда больший упадет на Землю, то меньший будет от нее на расстоянии толщины двух пальцев. Этими двумя пальцами вы хотите закрыть девяносто девять локтей Аристотеля и, говоря о моей небольшой ошибке, умалчиваете о громадной ошибке другого… Нес Галилей одной рукою Маленький шар из свинца, А сзади ядро другое Тащили три молодца… Ядра, различные весом, Сбросить решил Галилей. Какое из них, профессор, Может упасть скорей? Из стихотворения «Опыт Галилея» Е. Ефимовский Теоретическое обоснование опыта Галилея. Практическое применения закона на примере гравиметрической разведки залежей полезных ископаемых. С помощью обыкновенного маятника и гравитационных аномалий можно определить залежи полезных ископаемых.

Свободное падение — это движение тел в безвоздушном пространстве (вакууме) без начальной скорости только лишь под действием притяжения Земли ( под действием силы тяжести). Идеальное свободное падение — в вакууме, где независимо от массы, плотности и формы все тела падают одинаково быстро, т. е. в любой момент времени тела имеют одинаковые мгновенные скорости и ускорения. Наблюдать идеальное свободное падение тел можно в трубке Ньютона, если с помощью насоса выкачать из неё воздух. В земных условиях идеальное свободное падение тел невозможно, т.к. действует сила трения о воздух. В дальнейших рассуждениях (при решении задач) пренебрегаем силой трения о воздух и считаем падение тел в земных условиях идеально свободным

УСКОРЕНИИЕ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ g = 9,8 10 м/с² 1)Направлено всегда вниз (к центру Земли) 2)Величина ускорения зависит: а) от географической широты (9,78÷9,83) б) от высоты над поверхностью Земли 3) g > 0, если тело движется вниз g

ФОРМУЛЫ Основные формулы V 0 =0 Другие формулы

Камень брошен вниз с высоты 85 м со скоростью 8 м/с Найти скорость через 3 с Найти координату через 3 с Через сколько времени тело достигнет Земли С какой скоростью он ударится о Землю

Тело брошено вверх со скоростью 50 м/с Найти скорость через 3 с На какой высоте будет тело через 3 с Через сколько времени достигнет высоты 80 м На какую максимальную высоту поднимется

ЗАДАЧА Тело брошено вверх со скоростью (I) 30 м/с (II) 25 м/с (III) 40 м/с (IV) 60 м/с 1. Какова скорость через 2 с? 2. На какой высоте окажется тело через 2 с? 3. На какую наибольшую высоту поднимется 4. Через сколько времени достигнет высоты 20 м? 5. Сколько времени будет тело находиться в полете?

Совершенствуя телескоп

Вернувшийся
из Нидерландов путешественник привез ему новое голландское изобретение
— телескоп. Это был не очень точный инструмент, но Галилею пришла в
голову мысль, как его улучшить.

После этого он смог провести все необходимые наблюдения и проверить правильность теории Коперника.
Галилей придумал способ, как отшлифовать стеклянные линзы, чтобы
придать им необходимую кривизну. Ему удалось создать телескоп, который
увеличивал объекты в 32 раза — это в десять раз больше, чем могли дать
ранние образцы. В Европе были проданы сотни таких телескопов.

ФАКТЫ И СОБЫТИЯ

Однажды
студент медицины Галилео Галилей зашел по ошибке не на ту лекцию. То,
что он услышал, настолько заинтересовало его, что он оставил медицину и
занялся точными науками.
Даже Галилей иногда
ошибался. Изучая кометы, он пришел к выводу, что они всего лишь
отражения солнечного света, наподобие радуг.
Зимой
1609 — 1610 годов Галилей впервые провел наблюдения звездного неба при
помощи телескопа. Он сразу же сделал множество открытий. Он наблюдал
четыре самых ярких из двенадцати спутников Юпитера; обнаружил, что
Венера, подобно Луне, имеет фазы; открыл, что Млечный Путь — это
скопление звезд.
Когда одному священнику предложили взглянуть в телескоп Галилея, он отказался, так как считал телескоп творением дьявола.
Книги Коперника и Галилея были запрещены римской католической церковью вплоть до 1835 года.

Опыт Галилея

Падение относится к реальному движению. Любое взаимодействие с Землёй приводит к изменению скорости из-за чего возникает ускорение. В 1553 году итальянец Джованни Бенедетти заявил, что 2 тела с разной массой, но одинаковой формы, брошенные в одной среде за одинаковое время пролетят равные расстояния. Это утверждение нуждалось в доказательстве, так как противоречило общепринятому на тот момент времени пониманию процессов. В частности, высказываниям Аристотеля.

Одним из экспериментаторов стал Галилей. Для проведения опыта учёному понадобилось:

В своих работах Галилей рассуждал, что если связать верёвкой 2 тела разной тяжести, то с большим весом, по мнению Аристотеля, предмет будет лететь быстрее. Причём лёгкий объект начнёт замедлять падение тяжёлого. Но так как система в целом тяжелее, чем отдельно взятые тела, падать она должна быстрее самого тяжёлого тела. Другими словами, возникает противоречие, значит, предположение о влиянии веса на скорость падения неверно.

Сегодня эксперимент, подтверждающий доводы Галилея, может провести самостоятельно, пожалуй, каждый интересующийся. Такой опыт часто демонстрируют в средних классах общеобразовательной школы. Для этого нужно взять 2 трубки, длиной более метра и поместить в них 2 шарика разной массы. Затем создать внутри вакуум и одновременно их перевернуть. Если все условия соблюдены верно, то 2 тела опустятся на дно ёмкостей одновременно.

Философия Галилео Галилея

Галилей, так же как и его современники, исповедовал теорию двух истин, одна из которых была заложена в Святом писании, а вторая в книге природы, где описываются божественные творения.

Несмотря на приверженность этих идей, трактовал он их по-другому, занимая антисхоластическую позицию. Библия, по его мнению, не должна быть понята буквально. Ее нужно воспринимать с аллегорической точки зрения. Природу же человек должен изучать вне Библии, иначе пользы от подобного изучения не будет.

При изучении природы нужно руководствоваться двумя основными методами познания:

аналитическим,
синтетическим.

Исследуя природу, ученый считал, что достоверные знания можно получить, совмещая подобные методы. При этом он говорил, что опыт не является достоверным знанием. Так, ученый сделал вывод о методике исследования науки, состоящей из наблюдения с выдвижением гипотезы, расчетов и экспериментальной проверки выдвинутой идеи.

Греки ошибались

Первым
ученым, предложившим ответ, был древнегреческий астроном Гиппарх,
живший на острове Родос в 160 -125 годах до н.э. Его идеи вошли в
энциклопедию астрономии, составленную Клавдием Птолемеем (90 -168),
который жил в Александрии, в Египте. Птолемей утверждал, что Вселенная
представляет собой полую сферу наподобие мяча, в центре которой
находится Земля. Солнце, Луна и другие планеты вращаются вокруг Земли.
Наконец, звезды закреплены на внутренней поверхности небесной сферы и
остаются неподвижными.

Галилео Галилей
(1564-1642) родился в Италии. Он изучал законы падения тел, бросая шары
с Пизанской башни и засекая время, за которое они долетали до земли.

Работа в университете

Когда Галилею было 25 лет он вернулся в Пизанский университет, но уже не в качестве ученика, а профессора математики. В данный период биографии он глубоко изучал не только математику, но и механику.

Спустя 3 года парня пригласили работать в престижный Падуанский университет, в котором он преподавал математику, механику и астрономию. Он имел большой авторитет среди коллег, вследствие чего к его мнению и взглядам относились весьма серьезно.

Галилео Галилей показывает телескоп

Именно в Падуе прошли наиболее плодотворные годы научной деятельности Галилео. Из-под его пера вышли такие труды, как «О движении» и «Механика», которые опровергали идеи Аристотеля. Тогда же ему удалось сконструировать телескоп, посредством которого стало возможным наблюдать за небесными телами.

Открытия, которые Галилей сделал с помощью телескопа, он подробно изложил в книге «Звездный вестник». По возвращению во Флоренцию в 1610 г. он опубликовал новую работу – «Письма о солнечных пятнах». Данный труд вызвал бурю критики у католического духовенства, что могло стоить ученому жизни.

В ту эпоху инквизиция действовала с большим размахом. Галилео понимал, что не так давно католики сожгли на костре Джордано Бруно, который не захотел отказаться от своих идей. Интересен факт, что сам Галилей считал себя примерным католиком и не видел никаких противоречий между своими трудами и устройством мироздания в представлениях церкви.

Галилео верил в Бога, изучал Библию и относился со всей серьезностью ко всему тому, чтобы было в ней написано. В скором времени астроном отправляется в Рим, чтобы показать свой телескоп Папе Павлу 5.

Несмотря на то, что представители духовенства одобрительно отозвались об устройстве, позволяющем изучать небесные тела, гелиоцентрическая система мира по-прежнему вызывала у них крайнее недовольство. Папа наряду со своими последователя ополчился против Галилея, назвав его еретиком.

Обвинительный процесс против ученого был запущен в 1615 г. Спустя год Римская комиссия официально объявила гелиоцентризм ересью. По этой причине все, кто хоть как-то опирался на парадигму гелиоцентрической системы мира, подвергались жестким гонениям.

Микроскоп

Галилео Галилей хорошо известен тем, что внес большой вклад в понимание природы через такие простые вещи, как линзы. Он сделал множество линз самых разных размеров и кривизны, что позволило ему сконструировать своего рода микроскоп.

Хотя этот инструмент был еще очень примитивным, назывался очиоллино и технически не был микроскопом, позволял ему видеть мелкие предметы.

Тем не менее, можно сказать, что авторство первого аутентичного микроскопа широко обсуждалось с Захариасом Янссеном, Робертом Гуком и Антоном ван Левенгук, некоторыми из людей, которые внесли улучшения в этот прибор.

Галилей изменил наши представления о пространстве и движении тел

Главной идеей научного творчества Галилея было представление о мире как упорядоченной системе тел, которые движутся одно относительно другого в однородном пространстве, лишенном привилегированных направлений или точек. Например, что считать верхом или низом, по Галилею зависит от выбранной системы отсчета. В аристотелевской же физике мир представлял собой ограниченное, пространство, где верх или низ четко различались. Все тела либо покоились в своих «естественных местах», либо двигались по направлению к ним. Однородность пространства, относительность движения – таковы были принципы новой научной картины мира, заложенные Галилеем. Кроме того, у Аристотеля покой был важнее и лучше движения: у него тело, на которое не действовали силы, всегда находится в покое. Галилей же ввел принцип инерции (если на тело не действуют силы, оно покоится либо равномерно движется), который уравнял покой и движение. Теперь движение с постоянной скоростью не требует причины. Это был величайший переворот в учении о движении, положивший начало новой науке. Вопрос о конечности или бесконечности мира Галилей считал неразрешимым.

Образование Галилео и первая известность

В 1581 г. (в 17 лет) он вернулся в родной город Пизу и поступил на медицинский факультет университета. Там юный Галилей увлекся математикой, которую раньше глубоко не изучал. Оказалось, она привлекала его больше медицины. Он с головой погрузился в изучение трудов Архимеда, Эвклида. На формирование типа его мировоззрения повлиял также Коперник. Отцу пришлось смириться со сменой медицинского факультета на философский. Хоть Галилео Галилей овладевал новыми знаниями легко, не все преподаватели его жаловали, так как он любил отстаивать свою точку зрения, невзирая на личности и авторитеты. Возможно, поэтому ему не дали закончить обучение бесплатно (у отца закончились деньги). Хотя там была такая практика: способным ученикам давали возможность доучиваться за счет университета.
Рис. 2. Галилей показывает телескоп венецианскому дожу (фреска Дж. Бертини)Галилей приехал назад во Флоренцию без диплома, зато знаменитый, благодаря своим знаниям и весам, позволяющим измерять удельный вес объекта на основе закона Архимеда. Маркиз Гвидобальдо дель Монте взял перспективного юношу под опеку. Маркиз и сам был силен в точных науках и астрономии. Он свел Галилео с герцогом Фердинандом I. Деятельность и ум молодого человека впечатлили герцога, и он определил его придворным ученым с жалованьем. Кроме того, покровитель постарался, чтобы Галилео взяли преподавать в университет г. Болонья. Через некоторое время (1589 г.) он перешел преподавать математику в университет Пизы. Там ученый углубленно изучает механику, проводит исследования, пишет трактаты.

Галилей утверждал, что Луна похожа на Землю

Интересно обратить внимание на значительную разницу между впечатлением, к которому приводило созерцание Луны на современников Галилея и которое оно производит на нас сегодня. Нашего современника, взглянувшего в телескоп на Луну, поражает, насколько Луна не похожа на Землю: он, прежде всего, обращает внимание на пустынную, серую и безводную поверхность. Во времена же Галилея, наоборот, люди удивлялись тому, как сильно Луна похожа на Землю

Во времена же Галилея, наоборот, люди удивлялись тому, как сильно Луна похожа на Землю

Нашего современника, взглянувшего в телескоп на Луну, поражает, насколько Луна не похожа на Землю: он, прежде всего, обращает внимание на пустынную, серую и безводную поверхность. Во времена же Галилея, наоборот, люди удивлялись тому, как сильно Луна похожа на Землю. Для нас идея антропологического родства Земли и Луны кажется смешной

Для Галилея же хребты и кратеры на Луне были достоверным опровержением теории Аристотеля о различии небесных тел и Земли

Для нас идея антропологического родства Земли и Луны кажется смешной. Для Галилея же хребты и кратеры на Луне были достоверным опровержением теории Аристотеля о различии небесных тел и Земли.

Первый телескоп

После смерти отца в 1591 году Галилей был вынужден взять на себя ответственность за свою семью. Из-за этого начались некоторые экономические трудности, которые с годами усугублялись. В 1602 году он смог возобновить начатое им изучение движения. и он начал с изохронности маятника и его перемещения по наклонной плоскости. Этими исследованиями он попытался подтвердить, в чем заключается закон падения баса. В 1609 году он разработал все свои идеи, которые послужили для публикации его работы под названием » Выступления и математические демонстрации двух новых наук (1638 г.) ».

В том же году он отправился в Венецию с просьбой о повышении зарплаты и получил известие о существовании нового оптического прибора, который использовался для наблюдения издалека. Именно тогда Галилео Галилей потратил годы усилий на то, чтобы улучшить его и сделать его первым телескопом.

Затем он стал человеком, который создал инструмент, который приносил и приносит большую научную пользу и знает все, что у нас есть за пределами планеты. В 1610 году были произведены первые наблюдения Луны. Он интерпретировал то, что он видел, было точным доказательством существования гор на нашем спутнике.

Обнаружив 4 спутника Юпитера, он мог знать, что Земля не была центром всех движений. Кроме того, он смог заметить, что у Венеры есть некоторые фазы, похожие на лунные. Так подтверждалась гелиоцентрическая система Коперника. Галилей на полной скорости написал текст, так как хотел рассказать обо всех своих открытиях. Вскоре он получил признание за свою работу «Звездный вестник». Иоганн Кеплер Сначала я не доверял ему. Однако позже он смог увидеть все преимущества использования телескопа.

Где рождаются будущие учёные?

Небогатая семья, где родился в 1564 году маленький Галилео Галилей, проживала в итальянском городе Пиза.

Отец будущего учёного был настоящим мастером в разных областях, от математики до искусствоведения, поэтому совсем неудивительно, что ещё с детства юный Галилео полюбил живопись и музыку и тяготел к точным наукам.

Когда мальчику исполнилось одиннадцать, семья из Пизы, где жил Галилео, переехала в другой город Италии – Флоренцию.

Там у него началось обучение в монастыре, где юный ученик демонстрировал блестящие способности в изучении наук. Он даже задумывался о карьере священнослужителя, но отец не одобрил его выбор, желая, чтобы сын стал доктором. Именно поэтому в свои семнадцать Галилео перешёл в Пизанский университет на медицинский факультет и начал старательно учить философию, физику и математику.

Однако окончить университет он не смог по простой причине: семья не смогла оплатить его дальнейшее обучение. Уйдя с третьего курса, студент Галилей приступает к самообразованию в области физико-математических наук.

Благодаря дружбе с богатым маркизом дель Монте юноше удалось получить оплачиваемую научную должность преподавателя астрономии и математики в Пизанском университете.

Во время университетской работы он проводил различные опыты, результатом которых стали открытые им законы свободного падения, движения тела по наклонной плоскости и сила инерции.

Начиная с 1606 года, учёный плотно занимается астрономией.

Гелиоцентризм: утверждение системы

Галилей показывает телескоп венецианскому дожу. (Pinterest)

Открытия Галилея способствовали утверждению гелиоцентрической системы мира, которую он активно пропагандировал. Слава и авторитет ученого были такими впечатляющими, что он даже ездил в Рим на встречу с Папой Павлом V в надежде убедить понтифика, что коперниканство вполне совместимо с католицизмом.

Церковь же официально определила гелиоцентризм как опасную ересь. Книги Коперника по астрономии были запрещены. Несмотря на это, ученый продолжил свои изыскания. В конце концов, ему предъявили обвинение в ереси. Произошло это после публикации книги «Диалог о двух главнейших системах мира — птолемеевой и коперниковой», которую ученый готовил почти 30 лет.