Галілей був першим, хто відкрив закон інерції й сформулював класичний принцип відносності; це започаткувало спеціальну теорію відносності. Галілею ж ми завдячуємо відкриттям і тих законів природи, які пізніше лягли в основу загальної теорії відносності. Це були закони вільного падіння тіл.
Чим відрізняється падіння легкого тіла від падіння важкого? Здавалося б, питання просте. Кожен із нас мав змогу пересвідчитися, що легкі тіла падають повільніше, ніж важкі. Нехай падають, наприклад, з риштувань цеглина й хустка. Безперечно, цеглина раніше досягає землі. Чи можна звідси зробити висновок, що важкі тіла падають швидше?
Випустімо з рук пушинку. Вона почне, кружляючи, підійматися. Чи випливає з цього, що легкі, як пушинка, тіла взагалі не падають на землю? Звісно, жоден з наших читачів із таким висновком не погодиться. Пушинку підняли потоки повітря. Якби не ці потоки — пушинка впала б на землю.
Звідси видно, що опір повітря може справити великий вплив на падіння тіл. Проте вплив повітряного середовища тут нас не цікавить. Розглядатимемо лише вільне падіння тіл, тобто рух тіл під дією самого лише тяжіння Землі за відсутності всіх побічних впливів, зокрема й опору повітря.
Навряд чи хтось послухається запрошення стрибнути вниз з високої вежі. Зістрибнути ж зі стільця зовсім не страшно. Цей досвід повсякденного життя відображає одну суттєву властивість падіння тіл: тіла, що вільно падають, рухаються з прискоренням. При стрибку з висоти до моменту зустрічі із Землею швидкість може зрости дуже значно.
Вже Арістотелю було відомо, що вільні тіла падають із прискоренням, проте він, як і інші античні філософи, був переконаний, що легкі тіла падають повільніше за важкі. Істину в цьому питанні знайшов лише Галілей.
Для з'ясування законів вільного падіння Галілей, починаючи з 1589 р., проводив численні досліди. У місті Піза, де на той час він працював, є відома похила вежа, ніби спеціально збудована для таких дослідів. Галілей скидав з цієї вежі тіла найрізноманітнішої ваги й форми та вимірював час їхнього падіння. При цьому було вибрано найкомпактніші тіла, щоб по змозі виключити гальмівну дію повітря. Результат дослідів був разючим: виявилося, що всі тіла, незалежно від їхньої маси, падають з однаковим прискоренням. Якщо два якихось тіла починають падіння разом, то й закінчують його разом. При цьому падіння тіл відбувається рівноприскорено. Наприкінці першої секунди тіло набуває швидкості 9,8 м/с, наприкінці другої секунди швидкість падіння досягає вже 19,6 м/с і т. д. Швидкість тіла збільшується протягом кожної секунди на 9,8 м/с.
У школі на уроках фізики закон вільного падіння тіл зазвичай демонструють за допомогою довгої скляної трубки із запаяними кінцями, всередині якої містяться дробинка й пушинка. Якщо швидко повернути трубку у вертикальному напрямку відносно Землі, дробинка й пушинка починають падати, причому дробинка значно випереджає пушинку. Потім із трубки викачують повітря й повторюють дослід. У цьому разі пушинка, падаючи, вже не відстає від дробинки. Затримка пушинки насамперед була викликана гальмівним впливом повітря. У безповітряному просторі швидкість падіння тіла не залежить від його маси.
Те, що за відсутності повітря всі тіла падають однаково, Галілей до того ж обґрунтував дуже цікавим логічним міркуванням. Припустимо, що важке тіло падає швидше за легке. З'єднаймо ці тіла. Як має падати тепер це складене тіло? З одного боку, складене тіло важить більше, ніж кожне з тіл до з'єднання окремо. Тому воно має падати швидше, ніж кожне з тіл, що його складають, окремо. Але з іншого боку, легке тіло, що падає повільніше, будучи прикріпленим до важкого, має гальмувати падіння останнього. Обидва висновки логічно правильні, але між собою перебувають у суперечності. Отже, помилка має міститися вже в передумові, яка стверджує, що важче тіло падає швидше за легке. Правильним буде визнати, що всі тіла падають з однаковим прискоренням незалежно від їхньої маси.
Примітка:
Будівництво Пізанської вежі почали в 1174 р. Оскільки ґрунт був недостатньо міцним, уже під час будівництва вежа осіла й злегка нахилилася. Надалі нахил безперервно збільшувався. Є дані, що у XIV ст. верх вежі заввишки 54,5 м відхилився на 2,1 м. Нині верх вежі змістився вже на 4,8 м. Вважають, що це межа. Подальше збільшення нахилу вежі загрожує руйнуванням.
Чим відрізняється падіння легкого тіла від падіння важкого? Здавалося б, питання просте. Кожен із нас мав змогу пересвідчитися, що легкі тіла падають повільніше, ніж важкі. Нехай падають, наприклад, з риштувань цеглина й хустка. Безперечно, цеглина раніше досягає землі. Чи можна звідси зробити висновок, що важкі тіла падають швидше?
Випустімо з рук пушинку. Вона почне, кружляючи, підійматися. Чи випливає з цього, що легкі, як пушинка, тіла взагалі не падають на землю? Звісно, жоден з наших читачів із таким висновком не погодиться. Пушинку підняли потоки повітря. Якби не ці потоки — пушинка впала б на землю.
Звідси видно, що опір повітря може справити великий вплив на падіння тіл. Проте вплив повітряного середовища тут нас не цікавить. Розглядатимемо лише вільне падіння тіл, тобто рух тіл під дією самого лише тяжіння Землі за відсутності всіх побічних впливів, зокрема й опору повітря.
Навряд чи хтось послухається запрошення стрибнути вниз з високої вежі. Зістрибнути ж зі стільця зовсім не страшно. Цей досвід повсякденного життя відображає одну суттєву властивість падіння тіл: тіла, що вільно падають, рухаються з прискоренням. При стрибку з висоти до моменту зустрічі із Землею швидкість може зрости дуже значно.
Вже Арістотелю було відомо, що вільні тіла падають із прискоренням, проте він, як і інші античні філософи, був переконаний, що легкі тіла падають повільніше за важкі. Істину в цьому питанні знайшов лише Галілей.
Для з'ясування законів вільного падіння Галілей, починаючи з 1589 р., проводив численні досліди. У місті Піза, де на той час він працював, є відома похила вежа, ніби спеціально збудована для таких дослідів. Галілей скидав з цієї вежі тіла найрізноманітнішої ваги й форми та вимірював час їхнього падіння. При цьому було вибрано найкомпактніші тіла, щоб по змозі виключити гальмівну дію повітря. Результат дослідів був разючим: виявилося, що всі тіла, незалежно від їхньої маси, падають з однаковим прискоренням. Якщо два якихось тіла починають падіння разом, то й закінчують його разом. При цьому падіння тіл відбувається рівноприскорено. Наприкінці першої секунди тіло набуває швидкості 9,8 м/с, наприкінці другої секунди швидкість падіння досягає вже 19,6 м/с і т. д. Швидкість тіла збільшується протягом кожної секунди на 9,8 м/с.
У школі на уроках фізики закон вільного падіння тіл зазвичай демонструють за допомогою довгої скляної трубки із запаяними кінцями, всередині якої містяться дробинка й пушинка. Якщо швидко повернути трубку у вертикальному напрямку відносно Землі, дробинка й пушинка починають падати, причому дробинка значно випереджає пушинку. Потім із трубки викачують повітря й повторюють дослід. У цьому разі пушинка, падаючи, вже не відстає від дробинки. Затримка пушинки насамперед була викликана гальмівним впливом повітря. У безповітряному просторі швидкість падіння тіла не залежить від його маси.
Те, що за відсутності повітря всі тіла падають однаково, Галілей до того ж обґрунтував дуже цікавим логічним міркуванням. Припустимо, що важке тіло падає швидше за легке. З'єднаймо ці тіла. Як має падати тепер це складене тіло? З одного боку, складене тіло важить більше, ніж кожне з тіл до з'єднання окремо. Тому воно має падати швидше, ніж кожне з тіл, що його складають, окремо. Але з іншого боку, легке тіло, що падає повільніше, будучи прикріпленим до важкого, має гальмувати падіння останнього. Обидва висновки логічно правильні, але між собою перебувають у суперечності. Отже, помилка має міститися вже в передумові, яка стверджує, що важче тіло падає швидше за легке. Правильним буде визнати, що всі тіла падають з однаковим прискоренням незалежно від їхньої маси.
Примітка:
Будівництво Пізанської вежі почали в 1174 р. Оскільки ґрунт був недостатньо міцним, уже під час будівництва вежа осіла й злегка нахилилася. Надалі нахил безперервно збільшувався. Є дані, що у XIV ст. верх вежі заввишки 54,5 м відхилився на 2,1 м. Нині верх вежі змістився вже на 4,8 м. Вважають, що це межа. Подальше збільшення нахилу вежі загрожує руйнуванням.