Persamaan gerakan yang dipercepat secara seragam • James Trefil, Ensiklopedia "Dua Ratus Hukum Alam Semesta"

Persamaan gerakan yang dipercepatkan seragam

Galileo Galilei tergolong dalam jumlah orang yang tidak terkenal dengan apa yang mereka patut menggunakan nama yang layak. Semua orang mengingati bagaimana naturalis Itali ini pada akhir hidupnya dicuba oleh Inkuisisi kerana disyaki bidaah dan terpaksa meninggalkan kepercayaan bahawa Bumi berputar di sekeliling matahari. Malah, percubaan ini tidak praktikal mempengaruhi perkembangan sains – berbeza dengan eksperimen yang pernah dilakukan oleh Galileo dan kesimpulan yang dibuat olehnya berdasarkan eksperimen-eksperimen ini, yang sebenarnya telah menentukan perkembangan selanjutnya mekanik sebagai cabang sains fizikal.

Pergerakan badan fizikal telah dipelajari dari zaman dahulu lagi, dan asas-asas kinematik telah lama dilahirkan sebelum kelahiran Galileo. Tugas asas menggambarkan pergerakan hari ini sudah dipelajari di sekolah rendah. Sebagai contoh, semua orang tahu bahawa jika kereta bergerak sama rata pada kelajuan 20 km / j, maka dalam 1 jam ia akan mengembara 20 km, dalam 2 jam – 40 km, dalam 3 jam – 60 km, dan sebagainya. kereta bergerak pada kelajuan yang tetap (jarum speedometer tidak menyimpang dari bahagian tertentu pada skalanya); tidak sukar untuk mengira jarak yang dijalani – hanya kalikan kelajuan kereta pada saat ia sedang dalam perjalanan.Fakta ini diketahui lama dahulu bahawa nama penemunya telah hilang dengan ketat dalam kabus zaman dahulu.

Kesukaran timbul sebaik sahaja objek mula bergerak pada kelajuan berubah-ubah. Anda bergerak, contohnya, dari lampu isyarat – dan speedometer merangkak dari sifar ke atas sehingga anda melepaskan pedal gas dan tekan pedal brek. Sebenarnya, jarum speedometer tidak praktikal – ia sentiasa bergerak ke atas atau ke bawah. Pada awal setiap detik, kelajuan sebenar kereta adalah satu, dan pada akhir kedua ia adalah satu lagi, dan jalan yang dilalui olehnya dalam detik tidak begitu mudah untuk dikira dengan tepat. Masalah ini – perihal pergerakan dengan pecutan – saintis semulajadi yang bimbang lama sebelum Galileo.

Galileo Galilei sendiri mendekati dia secara inovatif dan, sebenarnya, menetapkan arah untuk keseluruhan perkembangan metodologi sains semula jadi yang lebih lanjut. Daripada duduk dan secara spekulatif menyelesaikan persoalan pergerakan badan yang mempercepatkan, dia mencipta eksperimen yang cemerlang dalam kesederhanaan mereka, membolehkan seseorang mengesan eksperimen apa yang sebenarnya berlaku dengan badan yang mempercepatkan. Ia mungkin kelihatan kepada kamibahawa tidak ada yang sangat inovatif dalam pendekatan ini, tetapi sebelum Galileo kaedah utama menyelesaikan masalah "falsafah alamiah" – seperti yang ditunjukkan oleh nama sains semulajadi itu – adalah pemahaman spekulatif tentang apa yang sedang terjadi, dan bukan pengesahan eksperimennya. Idea untuk menjalankan eksperimen fizikal adalah benar-benar radikal pada masa itu. Untuk memahami idea eksperimen Galileo, bayangkan sebuah tubuh yang jatuh di bawah pengaruh kekuatan graviti. Melepaskan sebarang objek dari tangan anda – dan ia akan jatuh ke lantai; pada masa yang sama, pada saat pertama gerakan gerakannya menjadi sifar, tetapi ia akan segera mempercepatkan – dan akan terus mempercepat sehingga jatuh ke tanah. Sekiranya kita dapat menggambarkan kejatuhan sesuatu objek di atas tanah, maka kita boleh melanjutkan penerangan ini kepada kes umum gerakan yang dipercepat secara seragam.

Hari ini, tidak sukar untuk mengukur dinamika objek jatuh – anda boleh menetapkan masa dari awal musim gugur ke mana-mana titik perantaraan dengan ketepatan yang besar. Walau bagaimanapun, pada zaman Galileo tidak ada jam rawak yang tepat, dan sebarang jam tangan mekanikal mengikut piawaian moden sangat primitif dan tidak tepat.Oleh itu, saintis pertama membangunkan alat uji kaji untuk mengatasi masalah ini. Pertama, dia "mencairkan" daya graviti, melambatkan masa untuk jatuh ke munasabah, dari segi alat pengukur yang ada, had, yang menyebabkan badan-badan itu melancarkan satah condong, dan bukan hanya jatuh secara menegak. Kemudian dia tahu bagaimana untuk mengelakkan ketidaktepatan jam mekanikal yang hadir kepadanya, menarik rentetan rentetan pada permukaan condong bola yang meluncur ke permukaan cenderung supaya dia menyentuhnya sepanjang jalan dan masa boleh digunakan untuk masa pergerakannya pada bunyi yang diekstrak. Masa demi waktu, menurunkan bola pada cenderung di bawah deretan rentetan, Galileo memindahkan rentetan sehingga dia mendapat bola sepanjang jalan, menyentuh rentetan tegang, bunyi yang diekstrak pada selang masa yang tetap.

Pada akhirnya, Galileo berjaya mengumpul maklumat eksperimen yang mencukupi mengenai pergerakan yang dipercepat secara seragam. Tubuh, bermula dari keadaan rehat, kemudian bergerak seperti yang dijelaskan pada awal artikel ini. Diterjemahkan ke dalam bahasa simbol matematik, pergerakan dipercepat seragam digambarkan oleh persamaan berikut:

di mana a – pecutan v – kelajuan, d – jarak badan dari masa ke masa t. Untuk merasakan makna persamaan ini, sudah cukup untuk memerhatikan objek jatuh. Kelajuan jatuh jelas kelihatan meningkat dengan masa yang telah berlalu sejak awal musim gugur. Ini adalah dari persamaan pertama. Ia juga jelas bahawa dalam proses jatuh pada laluan bahagian pertama laluan, tubuh mengambil masa lebih lama daripada seluruh jalan. Inilah yang digambarkan oleh rumus kedua, kerana ia mengikuti bahawa semakin lama tubuh mempercepat, semakin besar panjang jalan yang diatasi pada masa yang sama.

Galileo membuat satu lagi pemerhatian penting mengenai sebuah badan dalam keadaan jatuh bebas di bawah pengaruh daya tarikan graviti, walaupun ia tidak dapat mengesahkannya dengan pengukuran langsung. Menyelapukan hasil yang diperolehnya ketika memerhati benda-benda yang melancarkan satah condong, dia dapat menentukan percepatan kejatuhan badan secara bebas di permukaan bumi. Pecutan jatuh bebas biasanya dilambangkan g, dan ia (kira-kira):

g = 9.8 m / s2 (meter per saat sesaat)

Iaitu, jika anda menjatuhkan item dari keadaan rehat, untuk setiap detik kejatuhannya akan meningkat sebanyak 9.8 meter sesaat.Pada akhir kedua musim gugur pertama badan akan bergerak pada kelajuan 9.8 m / s, pada akhir kedua – pada kelajuan 2 × 9.8 = 18.6 m / s dan sebagainya. Magnitud g menentukan kadar pecutan kejatuhan badan berhampiran dengan permukaan bumi, dan oleh itu g diambil untuk dipanggil kejatuhan percuma dipercepatkanatau pecutan graviti.

Di sini perlu membuat dua pemerhatian penting mengenai hasil yang diperoleh oleh Galileo. Pertama, saintis menerima nilai eksperimen semata-mata g, tidak berdasarkan apa-apa ramalan teori. Banyak kemudian, Isaac Newton menunjukkan dalam karya-karya terkenalnya g boleh dikira secara teorinya, berdasarkan kombinasi undang-undang mekanik Newton yang dirumuskan olehnya dan undang-undang Newton sejagat. Ia adalah karya perintis Galileo yang membuka jalan bagi penemuan kemenangan baru Newton dan pembentukan mekanik klasik dalam bentuknya yang terkenal.

Titik kedua yang paling penting ialah percepatan kejatuhan bebas tidak bergantung kepada jisim badan jatuh. Pada dasarnya daya tarikan adalah berkadar dengan jisim badan,tetapi ini dikompensasi sepenuhnya oleh inersia yang lebih besar yang wujud dalam badan yang lebih besar (keengganannya untuk bergerak, jika anda mahu), dan oleh itu (jika rintangan udara tidak diambil kira) maka semua badan jatuh dengan pecutan yang sama. Kesimpulan praktikal ini menjadi kontradiksi lengkap dengan ramalan spekulatif ahli falsafah alam kuno dan zaman pertengahan, yang yakin bahawa perkara biasa adalah untuk semua perkara yang berusaha menuju pusat alam semesta (yang, tentu saja, mereka membayangkan pusat Bumi) dan tengah bergegas.

Galileo, tentu saja, menyokong visinya dengan data eksperimen, tetapi kemungkinan besar dia tidak melakukan pengalaman yang secara tradisinya dikaitkan dengannya. Menurut sains rakyat, dia menjatuhkan benda-benda yang berlainan massa dari "Menara Menara Pisa" yang jatuh "jatuh" untuk menunjukkan bahawa mereka mencapai permukaan bumi pada masa yang sama. Walau bagaimanapun, dalam hal ini, Galileo akan kecewa, kerana objek yang lebih berat pasti akan jatuh ke tanah sebelum paru-paru kerana perbezaan rintangan udara tertentu. Sekiranya item-item yang jatuh dari menara adalah saiz yang sama, daya rintangan udara yang menghalang kejatuhan mereka akan sama bagi semua item.Pada masa yang sama, jelas dari undang-undang Newton bahawa objek yang lebih ringan akan diperlahankan dengan udara lebih intensif daripada yang berat dan akan jatuh ke tanah kemudian daripada objek berat. Dan ini, tentu saja, akan bercanggah dengan ramalan Galileo.

Lihat juga:
1659
Daya sentrifugal
1835
Kesan Coriolis
1851
Kelajuan maksimum jatuh
1891
Prinsip kesetaraan
Percubaan Galileo

Mahkamah atas permintaan Katolik Roma terhadap Galileo adalah mitos yang hampir sama dengan ilmiah yang sama seperti epal yang didakwa jatuh pada kepala Newton. Dan, seperti yang biasanya berlaku dalam mitologi, cerita ini tidak berkaitan dengan realiti. Jika anda percaya mitos ini, Galileo membawa bukti yang tidak dapat disangkal kepada pandangan Nicolaus Copernicus mengenai sistem suria, yang mana bumi berkisar di sekitar matahari, dan bukan sebaliknya, dan kemudian dipecahkan oleh Jemaat, yang ingin menindas teori ini, dan terpaksa meninggalkan pandangan umum. Malah, Copernicus, yang menjadi ahli politik gereja yang sangat canggih, menyampaikan teori heliosentriknya sedemikian rupa sehingga ia sepenuhnya berpuas hati dengan pihak berkuasa teologi pada masa itu (khususnya, memanggilnya tidak berbeza daripada "hipotesis").Teori Copernicus telah dibincangkan secara meluas sebelum Galileo dan ahli sains, dan juga oleh para ahli teologi Vatican sendiri.

Pada tahun 1616, Galileo menerbitkan sebuah buku "Star Herald"yang meringkaskan pemerhatian teleskopik dan membuat kes yang kuat untuk sistem Copernican. Dan buku itu ditulis dalam Bahasa Itali, dan bukan dalam bahasa Latin, yang menjadikan ia tidak hanya dapat diakses oleh para ulama, tetapi juga kepada kalangan pembaca yang berpendidikan. Sebagai tindak balas kepada tuduhan bahawa buku itu dikatakan bertentangan dengan kanon gereja, Kolej Kardinal memanggil Galileo untuk pertemuannya. Selanjutnya, kekaburan bermula, yang disebabkan oleh sifat bertentangan kesaksian para peserta dalam pertemuan ini yang telah datang kepada kami. Menurut versi rasmi, Galileo diberitahu bahawa perbincangan umum lebih lanjut tentang idea-idea Copernicus tidak dapat diterima dalam bentuk selain menunjukkan bahawa ini hanya hipotesis, sehingga bukti yang tidak dapat disangkal tentang kebenarannya dipaparkan. Walau bagaimanapun, Galileo berpendapat bahawa dia tidak menerima amaran sedemikian.

Menjadi begitu, pada tahun 1632 Galileo menerbitkan karya "Dialog mengenai dua sistem utama dunia"di mana beliau memberi hujah-hujah terperinci memihak kepada sistem heliosentrik Copernicus,sambil meletakkan bantahan rasmi Paus ke dalam mulut watak bernama Simplicho (dalam bahasa Itali "simpleton") – Nota penterjemah). Pada masa itulah Galileo pertama kali dituduh "disyaki bidaah"; pada masa yang sama, perlu difahami bahawa di dalam mulut Inkuisisi, tuduhan ini berkaitan dengan pertuduhan "bidaah" itu sendiri, sama seperti pertuduhan pembunuhan yang tidak disengajakan dalam prosiding sivil moden berkaitan dengan pertuduhan membunuh direncanakan di bawah keadaan yang memburukkan. Galileo membersihkan dirinya daripada syak wasangka bidaah dengan menyatakan secara terbuka bahawa dia sendiri tidak mempercayai apa yang dia tulis, dan setelah itu dia menghabiskan sisa hidupnya hanya di bawah tahanan rumah di Florence. (Pada tahun 1992, Jemaat Roman Katolik secara rasmi mengkaji semula hukuman mahkamah atas dasar bahawa hakim tidak dapat memisahkan perkara-perkara iman dari fakta saintifik.)

Jadi apa yang kita dapat keluar dari cerita ini? Dalam pemahaman peribadi saya, dia tidak menggambarkan tidak lama lagi dengan melepaskan sengaja roda buluh mesin birokrasi yang tidak berat sebelah oleh seseorang yang sengaja mencari konfrontasi dengannya. (Contohnya, saya berpendapat bahawa Majlis Kardinal pada masa itu adalah perkara yang lebih pentingdaripada percubaan dengan seorang saintis mengenai teori kosmologi abstrak.) Sebenarnya argumen Galileo yang memihak kepada sistem Copernican tidak begitu meyakinkan sama sekali. Tambahan pula, dari sudut pandangan sains moden, kita boleh mengatakan bahawa Galileo tiba di kesimpulan yang betul dengan alasan yang salah. Percubaan saintis, tentu saja, tidak membenarkannya, tetapi keseluruhan perbuatan, dalam hal ini, muncul dalam cahaya yang berbeza – lebih kurang mitologi – cahaya.

Galileo GALILEY
Galileo Galilei, 1564-1642

Saintis Itali. Dilahirkan di Pisa. Galileo betul boleh dipanggil bapa sains eksperimen moden. Ayahnya Vincenzo Galilei adalah seorang pemuzik terkenal dan akhirnya berpindah bersama keluarganya ke Florence. Pendidikan Galileo mula menerima di University of Pisa, di mana dia mendaftar di fakulti perubatan, walaupun kebanyakan masa dia menumpukan pada kajian matematik. Semangatnya mengakibatkan kenyataan bahawa Galileo menjadi ketua jabatan matematik di universiti ini.

Selepas kematian bapanya, Galileo berpindah ke Padua dan menjadi profesor matematik di sebuah universiti tempatan (sebab langkah itu, nampaknya, adalah prosaik: di University of Padua mereka membayar lebih baik daripada di Pisa).Di Padua, tiga topik penyelidikan utama telah dikenal pasti, yang sepanjang hayatnya menduduki ahli sains. Pertama, Galileo memulakan kajian badan-badan dalam keadaan jatuh bebas – sebuah karya yang akhirnya akan membawa kepada revolusi nyata dalam mekanik. Kedua, dia menjadi berminat dengan idea-idea astronomi baru Nicolaus Copernicus (lihat Prinsip Copernicus). Akhirnya, beliau mencipta alat yang dipanggil "kompas berkadar", yang kebanyakannya dijual secara kewangan (seperti kebanyakan ciptaan Galileo, kompas proporsional digunakan secara meluas hari ini).

Pada musim sejuk 1609-1610, menggunakan teleskop reka bentuknya sendiri, dibina atas idea-idea baru yang berasal dari fikiran ahli optik Belanda pada masa itu, Galileo menjadi berminat untuk memerhati benda angkasa. Beliau bukanlah yang pertama yang telah mengambil kajian mengenai lintasan planet, tetapi ia yang pertama kali menerbitkan hasil pemerhatian dan kesimpulan yang mengikuti dari mereka. Dia memerhatikan satelit Jupiter, gunung-gunung di Bulan, cincin Saturnus (walaupun dia membuat idea yang salah tentang sifat mereka), fasa Venus … Sebarang penemuan ini cukup untuk meragukan teori kuno Aristotle bahawa Bumi terletak di tengah-tengah alam semesta dan menyokong yang baru pandangan dunia yang dicadangkan oleh Copernicus.Bukunya "Dialog mengenai Dua Sistem Paling Penting Dunia" – Perlindungan fizikal dari Universe oleh Copernicus. Ia adalah pandangan Galileo mengenai struktur dunia yang dibentangkan dalam buku ini yang menjadi asas bagi dia membawa kepada perbicaraan kerana disyaki bidaah.

Selepas perbicaraan, Galileo menulis satu lagi kerja asas "Perbualan dan bukti matematik mengenai dua cabang sains baru", yang meringkaskan penemuannya di kawasan yang kini dinamakan ilmu sains dan kinematik. Seperti dalam semua tulisan lain saintis, dalam karya ini, Galileo menekankan pentingnya eksperimen sebagai satu cara menguji teori itu.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: