Галілео Галілей і рівноускорений рух

Галілео Галілей і рівноускорений рух


Всі тіла в реальних умовах не можуть рухатися з постійними швидкостями, і зазвичай швидкість тіла змінюється з часом і в напрямку, і за величиною. Такий рух називають нерівномірним. Найпростішим нерівномірним рухом тіл є прямолінійний рівноускорений рух, а його яскравим прикладом можна вважати вільне падіння.


Теорію рівноускореного руху розробив Галілео Галілей. Саме він вперше дав визначення такому виду руху, описав його закономірності і довів ряд теорем.

Вчені вивчали рух фізичних тіл ще з незапам'ятних часів. Задовго до народження Галілея були закладені основи кінематики. Зараз визначити шлях, пройдений тілом за якийсь час з відомою постійною швидкістю, може будь-який учень початкової школи. Досить помножити швидкість тіла на час руху - і відповідь готова! 

Складнощі виникли, як тільки стали розглядати рух тіла зі змінною швидкістю, адже в житті так буває практично завжди. Подивіться на стрілку спідометра машини - вона постійно в русі і показує, що швидкість автомобіля змінюється практично кожну хвилину, а то й частіше. Ця проблема - як розрахувати шлях руху тіла з постійно мінливою швидкістю - хвилювала уми вчених ще задовго до Галілея.

Провівши ряд дослідів, Галілей показав, що поняття «вільне падіння тіла» рівносильне поняттю «рівноускорений рух». 

Сьогодні, маючи надточні прилади вимірювання часу, поспостерігати динаміку падіння зможе навіть школяр. За часів Галілея звичайний механічний годинник був рідкістю, причому неточною і примітивною. Тому вченому довелося створити абсолютно новий прилад, за допомогою якого проблема всіх вимірювань величин при падінні була вирішена. Експериментуючи і змінюючи умови проведення досвіду, роблячи вимірювання і умовиводи, Галілей поступово дійшов висновку, що тіло, яке стартує з нульовою швидкістю, далі рухається, поступово цю швидкість нарощуючи. У перекладі на мову математики спостережуваний ним рівноускорений рух можна описати за допомогою формули a = vt d = (at2 )/2, де v - швидкість, прискорення тіла - a, d - відстань, яка пройшла тіло за час t.

Якщо поспостерігати за падінням тіл і проаналізувати дані формули, то можна слідом за вченим стверджувати:

  • швидкість падіння з часом, що минув від початку руху, навіть зримо зростає;
  • якщо тіло здійснює рівноускорений рух, то першу половину шляху воно пройде довше, ніж частина, що залишилася;
  • чим довше «» розганяється «» тіло, тим більший шлях воно пройде за однакові проміжки часу.

Крім того, Галілео Галілей зробив ще один досить важливий висновок, правда, не зміг підтвердити його вимірами. Він встановив, що прискорення вільного падіння g буде практично однаково біля поверхні Землі і дорівнює g = 9,8 м/с2. Ця величина характеризує падіння тіл біля поверхні нашої планети за рахунок сил земного тяжіння, тому її називають прискоренням вільного падіння або гравітаційним прискоренням.

Результати досліджень Галілея стали основою для пізніших тріумфальних відкриттів Ньютона і лягли в основу сучасної класичної механіки. Значно пізніше Ньютон показав, що прискорення тіла можна розрахувати і теоретично, використовуючи відкриті ним закони механіки і закон всесвітнього тяжіння.

Ще один не менш важливий висновок з відкриттів Галілея - прискорення вільного падіння абсолютно не залежить від маси. Цей практичний висновок повністю суперечив усім існуючим раніше твердженням натурфілєзів. Адже вони стверджували, що всяка річ прагне до центру світобудови (а Земля, на їхній погляд, цим центром і була) і чим масивніший предмет, тим швидше він це робить.

Звичайно, свої висновки Галілей робив на основі експериментів. Але навряд чи вчений проводив приписувані йому експерименти, скидаючи з «падаючої» вежі в м.Пізе різні предмети, нібито наочно демонструючи, що всі вони впадуть на поверхню Землі одночасно. Можна лише з упевненістю стверджувати, що Галілей знав напевно: більш важкі предмети впадуть на землю швидше через чинний на них опір повітря. Але ж людям властиво придумувати небилиці.