Τοπίο στη Φυσική

Παράθυρο στην Επιστήμη

Τα κεκλιμένα επίπεδα του Γαλιλαίου

  • Από το βιβλίο  «Οι Εννοιες της Φυσικής»
  • Του Paul Hewitt
Ο Αριστοτέλης πίστευε ότι η κίνηση συναντά πάντα αντίσταση από κάποιο μέσο, όπως ο αέρας ή το νερό. Για τον Αριστοτέλη το κενό είναι κάτι αδύνατον και επομένως δεν ασχολήθηκε με την κίνηση που γίνεται απουσία αλληλεπίδρασης με κάποιο μέσο. Αυτός είναι ο λόγος που θεωρούσε, ως βασική αρχή για τη διατήρηση της κίνησης, κάποια έλξη ή ώθηση.
 
Ο Γαλιλαίος αρνήθηκε ακριβώς αυτή την αρχή, ισχυριζόμενος ότι αν δεν υπάρχει καμία επέμβαση στο κινούμενο σώμα, θα συνεχίσει να κινείται για πάντα σε ευθεία γραμμή χωρίς να απαιτείται καμία ώθηση ή έλξη η οποιουδήποτε είδους δύναμη.
 
Ο Γαλιλαίος έλεγξε αυτή την υπόθεση εκτελώντας πειράματα με διάφορα αντικείμενα κινούμενα σε κεκλιμένα επίπεδα. Παρατηρούσε ότι σφαίρες που κυλούσαν προς τα κάτω σε ένα κεκλιμένο επίπεδο κέρδιζαν ταχύτητα ενώ όσες κυλούσαν προς τα πάνω έχαναν ταχύτητα. Συμπέρανε λοιπόν ότι οι σφαίρες που κυλούν σε οριζόντιο επίπεδο ούτε επιταχύνονται ούτε επιβραδύνονται. Στην πράξη βέβαια μια σφαίρα που κυλά σε οριζόντιο επίπεδο επιβραδύνεται (χάνει ταχύτητα) και τελικά σταματά, όμως αυτό δε συμβαίνει εξ αιτίας της «φύσης» της, αλλά εξ αιτίας της τριβής, η οποία διέφευγε ως έννοια από τον Αριστοτέλη.

 Galolei1Ο Γαλιλαίος ενίσχυσε αυτή την ιδέα με πειράματα σωμάτων που τα κινούσε πάνω σε λείες επιφάνειες: όσο μικρότερη ήταν η τριβή η κίνηση διαρκούσε περισσότερο χρόνο. Οσο μικρότερη ήταν η τριβή τόσο περισσότερο η κίνηση προσέγγιζε τη σταθερή ταχύτητα. Αρα αν δεν υπήρχε τριβή ή άλλες δυνάμεις που να αντιτίθενται στην κίνηση, ένα σώμα που κινείται οριζόντια θα συνεχίσει να κινείται επ’ άπειρο.

 
Κατόπιν ο Γαλιλαίος για να ενισχύει περαιτέρω τον ισχυρισμό του προχώρησε στα περίφημα πειράματα των δύο κεκλιμένων επιπέδων. Ο Γαλιλαίος τοποθέτησε δύο κεκλιμένα επίπεδα το ένα απέναντι στο άλλο. Παρατήρησε ότι αν αφήσει κάποιος μία σφαίρα ελεύθερη, από τη θέση ηρεμίας, στην κορυφή του ενός επιπέδου, θα κυλήσει προς τα κάτω και στη συνέχεια προς τα πάνω, στο άλλο επίπεδο, φτάνοντας σχεδόν στο ίδιο ύψος. Το ότι δε φτάνει ακριβώς στο ίδιο ύψος είναι γιατί τη σφαίρα την εμποδίζει η τριβή. Γι αυτό όσο πιο λεία είναι τα επίπεδα τόσο περισσότερο η σφαίρα πλησίαζει το ύψος αυτό.

Στη συνέχεια μείωσε την κλίση του επιπέδου στο οποίο ανέβαινε η σφαίρα και διαπίστωσε ότι η σφαίρα ανέβηκε στο ίδιο ύψος, αλλά για να συμβεί αυτό χρειάστηκε να διανύσει μεγαλύτερη απόσταση. Περαιτέρω μειώσεις της κλίσης έδωσαν παρόμοια απτελέσματα. Κάθε φορά, για να φτάσει η σφαίρα στο ίδιο ύψος έπρεπε να διανύσει μεγαλύτερη απόσταση. Εθεσε τότε το ερώτημα: «αν έχω ένα άπειρου μήκους οριζόντιο επίπεδο, πόση απόσταση πρέπει να διανύει η σφαίρα για να φτάσει στο αρχικό ύψος;» Η προφανής απάντηση είναι: «άπειρη – δηλαδή δε θα φτάσει ποτέ στο αρχικό ύψος»
 
Ο Γαλιλαίος προσέγγισε το θέμα και με έναν άλλο τρόπο. Από την πλευρά της χρονικής διάρκειας της κίνησης. Επειδή η κλίση του πρώτου επιπέδου παρέμενε σταθερή και άλλαζε μόνο ή κλίση του δεύτερου, προφανώς οι σφαίρες άρχιζαν να ανεβαίνουν από τη βάση του δεύτερου επιπέδου με την ίδια ταχύτητα. Τώρα, όσο πιο απότομη ήταν η κλίση του δεύτερου επιπέδου τόσο πιο γρήγορα έχανε ταχύτητα η σφαίρα ανεβαίνοντας. 

 Galilei2

Αν η κλίση γινόταν μικρότερη, η σφαίρα έχανε πιο αργά την ταχύτητά της και η κίνηση προς τα πάνω διαρκούσε πιο πολύ. Στην ακραία περίπτωση που το επίπεδο γινόταν οριζόντιο και δεν υπάρχει καμία επιβραδυντική δύναμη, η σφαίρα θα κινούνταν επ’ άπειρο, χωρίς να χάνει καθόλου ταχύτητα.

 
Ο Γαλιλαίος ονόμασε την ιδιότητα ενός υλικού αντικειμένου να τείνει να παραμείνει σε ευθύγραμμη κίνηση αδράνεια.
 
Η έννοια της αδράνειας που εισήγαγε ο Γαλιλαίος κατέρριψε τη θεωρία κίνησης του Αριστοτέλη. Ο Αριστοτέλης δε είχε συλλάβει την έννοια αυτή, διότι δεν είχε φανταστεί πώς θα ήταν η κίνηση χωρίς τριβή. Σύμφωνα με τις εμπειρίες του, σε κάθε κίνηση υπήρχε αντίσταση και αυτό το είχε αναγάγει σε πρωταρχικό στοιχείο της θεωρίας του. Η αποτυχία του Αριστοτέλη να αναγνωρίσει τι ήταν η τριβή – μια δύναμη όπως οποιαδήποτε άλλη – εμπόδισε την πρόοδο της Φυσικής επί δύο χιλιετίες, μέχρι την εποχή του Γαλιλαίου. Η εφαρμογή της έννοιας της αδράνειας θα έδειχνε ότι δε χρειαζόταν καμία δύναμη για να διατηρηθεί η Γη σε κίνηση προς τα μπρος. Ο δρόμος ήταν ανοιχτός για τον Ισαάκ Νεύτωνα (Isaac Newton) για να συνθέσει μια νέα θεώρηση του σύμπαντος.
       Γιάννης Γαϊσίδης
084d8930-f294-45d0-b352-2acd918a7bd2
 
(90 επισκέψεις, 2 επισκέψεις σήμερα)
Μοιράσου το...
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνσή σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

Τοπίο στη Φυσική © 2014 Frontier Theme