Галілей. Принцип відносності - дорога відкриття

За своє довге життя Галілео Галілей зробив ряд великих відкриттів в області фізики, астрономії, методології. Основним досягненням цього великого розуму був принцип наукового пізнання - експериментального спостереження і математичного опису результатів дослідів. Добру частину свого життя вчений присвятив створенню нової науки, де кожен досвід, кожен експеримент не базувався на умоглядних висновках, а послідовно підтверджувався математичними викладками.

Галілей і нова наука

Самим значним внеском Галілея в науку стало зміна принципів обробки дослідних даних.принцип відносності галілея перетворення галілея У Галілея були хороші вчителі - користуючись напрацюваннями Архімеда і Піфагора, він зумів вивести правило, згідно з яким одержувані експериментальні знання за допомогою математичних методів повинні приводитися в систему. Математичні методи вчений застосовував до тих показників, які підтверджувалися незалежними вимірами. Так, він надавав великого значення таким основним величинам, як довжина, вага, обсяг, сила. Він відкидав суб`єктивні поняття - запах, музичний слух, красу, смак. Якщо спостерігач відсутній, то, за словами дослідника, суб`єктивні величини зникають. Цей принцип і ліг в основу багатьох чудових відкриттів вченого, одне з них ми знаємо під назвою «механічний принцип відносності Галілея».

Вчення про рух

Нові принципи вивчення руху Галілей розробив в Пізі і Падуї. Тут були зібрані і приведені в систему всі відомі на той момент знання в області механіки і кінематики. Вчення про властивості маятника було одним з перших математично обґрунтованих відкриттів, яким прославився Галілей. Принцип відносності в основі своїй базувався на спостереженнях дослідника в церкві, коли, будучи студентом, він стежив за коливаннями люстр в соборах.Галілей принцип відносності При відсутності точного часу період загасання коливань величезних світильників Галілей відраховував по биттю пульсу. згодом це спостереження лягло в основу медичного приладу, призначеного для вимірювання пульсу.

догмати Аристотеля

На навчаннях Аристотеля базувалася вся наука того часу. Церква повністю схвалювала його ідеї, і в середні віки оскаржувати Аристотеля вважалося мало не єрессю. Однак знайшлися вчені, які оскаржили непорушну мудрість стародавнього грека. Одним з таких сміливців був Галілей, принцип відносності якого починав вимальовуватися тільки після перевірки емпіричних тверджень Аристотеля. Так, дослідник зауважив, що тіла, що відрізняються один від одного за вагою, падають з практично однаковою швидкістю. Невеликі відмінності Галілей правильно пояснював дією тертя повітря. Вчений обурювався Аристотелем і його послідовниками, які стверджували, що ядро гармати вагою в 100 фунтів буде падати лише на 100 футів, а куля вагою в фунт буде падати тільки один фут. Практичні досліди, як стверджував Галілей, приводили до різниці в відстані, яке можна виміряти кількома пальцями. Як ви вмістите аристотелевську різницю в 99 футів між пальцями - питав Галілей у прихильників вчення Аристотеля.Галілео Галілей принцип відносності

принцип маятника

Роботи з маятником привели Галілея до думки повторити досвід з кулею, перекочується з гірки на гірку. Він довів, що рух такого кулі триватиме до тих пір, поки сила тертя його не зупинить. При відсутності тертя таку кулю буде робити коливальні рухи в лунці як завгодно довго. У граничному випадку, коли тертя немає, а другий пагорб відсутня, падіння кулі буде тривати нескінченно. Таким чином, Галілей експериментально підтвердив перший закон Ньютона: при відсутності сторонніх сил тіло буде рухатися по прямій траєкторії з постійною швидкістю нескінченно довго. Так в руках вченого виявився ключ до розгадки вічного руху планет. Галілей довів, що зовнішня сила для рівномірного руху небесних тіл не потрібно, так як це рух триває саме по собі.

Від дослідів - до зірок

У той час вчені вели довгі дискусії про те, чи обертається Земля, і якщо так, то чому жителі цієї планети руху не спостерігають. У цій суперечці Галілей займав позицію прихильників обертання нашої планети. На вченого великий вплив зробили праці його попередників. У роботах Миколи Орема, Миколи Кузанського, Коперника і Джордано Бруно вказувалося, люди не можуть оцінити обертання Землі тільки тому, то планета занадто велика для спостерігача. Перебуваючи в будь-якій точці простору, на будь-якій планеті, спостерігачеві буде здаватися, що все рухається навколо нього. Так поступово Галілей затвердив рівність всіх систем спостереження, чим завдав сильного удару по антропоцентризму. Можливість відрізнити рух від стану спокою можлива тільки в тому випадку, коли є можливість порівняння - стверджував Галілей. Принцип відносності зводився до того, що в замкнутій фізичної системі неможливо визначити, чи знаходиться ця система в стані спокою або ж здійснює рівномірний прямолінійний рух.

перетворення Галілея

Перетворення, якими оперував Галілей, дозволяють довести, що в будь-якій системі, що рухається рівномірно і прямолінійно, фізичні процеси ведуть себе абсолютно однаково. Довести це твердження можна, уявивши собі пару інерційних систем відліку k і k `. Оскільки обидві системи інерціальні, кожна з них рухається рівномірно і прямолінійно вздовж осі х. Точка М рухається в обох системах відліку.Галілей принцип відносності

Для того щоб сформулювати зв`язок між цими системами, почнемо відлік з моменту, коли почала координат збігаються за часом, тобто t = t `. Тоді рівняння руху точки М придбають такий вигляд:Механічний принцип відносності Галілея

Ці рівняння і характеризують математичний принцип відносності Галілея. Перетворення Галілея вірні для руху будь-якого тіла за законами класичної механіки.

Відстоювання власних ідей

Галілей багаторазово відстоював свої ідеї перед критиками. Говорячи про постійне і рівномірному русі, він приводив у приклад предмети, які падають з щогли корабля, який пливе з постійною швидкістю. Галілей принцип відносності в прикладахКоли його опоненти починали говорити про вплив вітру, Галілей пропонував перенести експеримент в каюту. За допомогою цього та інших наочних прикладів вчений раз по раз демонстрував, що рівномірний рух місця експерименту не впливає на досліди, пов`язані з падінням тіл, з польотом снарядів. Рівномірний рух не можна виявити ніякими дослідами, проведеними усередині системи - стверджував Галілей. Принцип відносності систем відліку був прийнятий опонентами в багнети. З гідністю відстоюючи свою правоту, Галілей зіткнувся з лютим незгодою більшості вчених, яких від глузливо називав «паперовими філософами». В кінці свого життя вченим зацікавилася церква, і під її тиском Галілей був змушений публічно відректися від деяких своїх поглядів.

висновок

У 19 столітті в зв`язку з відкриттям законів електродинаміки виявилося, що нові закони і галилеевский принцип не відповідають один одному. Перетворення Лоренца зробили можливим застосування принципів відносності в світі електродинаміки. Остаточно примирити суперечності зміг Ейнштейн, створивши свою спеціальну теорію відносності. У випадках, коли швидкість тіла багато менше світловий, перетворення Галілея не втрачають своєї актуальності. Вони з успіхом використовуються і в наш час.


Увага, тільки СЬОГОДНІ!