Galileo Galilei e la sua legge sull'autunno libera

IL Legge autunnale gratuita di Galileo Galilei stabilisce che la distanza percorsa da un corpo che viene liberamente rilasciato da una certa altezza, è proporzionale alla piazza del tempo trascorso per viaggiarlo.

E poiché il tempo dipende solo dall'altezza, tutti i corpi raggiungono il terreno contemporaneamente, indipendentemente dalla loro massa, quando vengono lasciati cadere dalla stessa altezza.

Galileo, uno dei più brillanti scienziati di tutti i tempi, nacque nella città italiana di Pisa nel 1564.

A quel tempo, le credenze aristoteliche sulla natura del movimento erano condivise dalla maggior parte della comunità scientifica. Aristotele (384-322 a.C.) Era un notevole pensatore dell'antica Grecia, che aveva riflettuto le sue convinzioni sulla scienza nelle 200 opere che crede di aver scritto per tutta la vita.

Solo 31 di queste opere arrivarono fino ad oggi, e in esse il filosofo greco spiegò la sua visione della natura, che è conosciuta come Fisica aristotelica. Uno dei suoi postulati è il seguente: quando due corpi vengono lasciati cadere dalla stessa altezza, il più pesante raggiunge sempre il terreno prima.

Aristotele proclamò che gli oggetti più pesanti arrivarono per primi a terra, ma Galileo mostrò che non è così. Fonte: Wikimedia Commons.

Galileo ha testato questa convinzione radicata e con essa ha iniziato lo sviluppo della scienza basata sulla sperimentazione, una rivoluzione che ha portato l'umanità a fare i suoi primi passi fuori dalla Terra e ha ampliato l'universo noto a una dimensione insospettata.

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Gli esperimenti di Galileo

Ritratto di Galileo Galilei

Oggi ci insegnano che tutti gli oggetti, indipendentemente dalla loro massa, raggiungono il terreno allo stesso tempo quando li lasciano cadere da una certa altezza. Questo perché tutti senza eccezione si muovono con la stessa accelerazione: quella della gravità. Naturalmente, fintanto che la resistenza all'aria è disprezzata.

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Possiamo vederlo cadere simultaneamente e dalla stessa altezza un oggetto pesante e leggero, ad esempio una pietra e un foglio di carta rugosa, e vedremo come raggiungono il terreno allo stesso tempo.

Quando gli oggetti non hanno attrito d'aria allo stesso tempo

Galileo nella torre de pisa

Galileo è stato determinato a testare le credenze aristoteliche attraverso un'attenta sperimentazione e sviluppo matematico. La leggenda afferma di aver lasciato cadere oggetti dalla parte superiore della famosa torre incline alla Pisa, misurando il tempo impiegato a cadere su ciascuno.

È discutibile che Galileo abbia espressamente caricato in cima alla torre per questo scopo, poiché in ogni caso la misurazione accurata di un tempo così breve -Approssimazione 3.4 s- Con gli orologi del tempo non era possibile.

Ma si dice che in un'occasione Galileo riunì molte persone ai piedi della torre per verificare da soli, in effetti, due diversi corpi di masse raggiunsero il terreno allo stesso tempo.

Tuttavia, il fisico italiano registra nei suoi libri di altri esperimenti per studiare il movimento e quindi scoprire come le cose si muovono.

Tra questi ci sono quelli del semplice pendolo, che consiste nell'impiccare una massa di una corda leggera e di lasciarla oscillata e persino alcuni in cui ha cercato di misurare la velocità della luce (senza successo).

Il pendolo troncato

Tra i molti esperimenti di Galileo c'era uno in cui usava un pendolo, a cui posizionò uno chiodioso in un punto intermedio tra l'inizio del movimento e la posizione più bassa.

Con questo intendeva troncar il pendolo, cioè abbreviarlo. Una volta che il pendolo raggiunge l'unghia, viene restituito al punto iniziale, il che significa che la velocità del pendolo dipende solo dall'altezza da cui è stato rilasciato e non dalla massa che pendeva dal pendolo.

Questo esperimento ha ispirato il prossimo, uno dei più notevoli che il grande fisico ha realizzato e attraverso il quale ha stabilito i principi della cinematica.

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Esperimenti con il piano inclinato

L'esperimento che ha portato Galileo alla formulazione della legge della libera caduta è stato quello del piano inclinato, su cui ha lasciato sfere di piombo da diverse altezze e con diverse inclinazioni. Ha anche dimostrato di aumentare le sfere per aumentare e misurare l'altezza che hanno raggiunto.

Così ha dimostrato che tutti i corpi cadono con la stessa accelerazione purché l'attrito non intervenga. Questa è una situazione ideale, dal momento che l'attrito non scompare mai completamente. Tuttavia, un piano di legno lucido incline costituisce un buon approccio.

Perché Galileo decideva di usare un aereo inclinato se quello che voleva era vedere come caddero i corpi?

Molto semplice: perché non c'erano orologi appropriati per misurare accuratamente il tempo di caduta. Poi ha avuto un evento brillante: per far cadere la gravità "ammorbidente" attraverso un dispositivo.

Passi dell'esperimento

Galileo ha realizzato la seguente sequenza e l'ha ripetuta "circa cento volte" per essere sicuri, ha detto nel suo libro Dialoghi su due nuove scienze:

-Prese un aereo di legno tirato lungo circa 7 m, che aveva commissionato un falegname e lo mise con un certo angolo di inclinazione non molto grande.

-Lasciò una sfera a una certa distanza.

-Ho misurato il tempo di viaggio.

-Ha ripetuto quanto sopra con inclinazioni crescenti.

Osservazioni di Galileo

Galileo ha osservato che, indipendentemente dall'angolo di inclinazione:

-La velocità della sfera è aumentata a una velocità costante -accelerazione-.

-La distanza percorsa era proporzionale alla piazza del tempo utilizzato.

E ha concluso che ciò sarebbe soddisfatto anche se la rampa fosse verticale, il che equivale a una caduta libera.

Formula

Se D è la distanza e T è il tempo, l'osservazione di Galileo, in forma matematica, può essere riassunta in:

d ∝ t²

Oggi sappiamo che la costante di proporzionalità richiesta per stabilire l'uguaglianza è ½ g, dove G è il valore dell'accelerazione della gravità, per ottenere:

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D = ½ gt²

Il valore di G accettato oggi è 9.81 m/s².

Due aerei inclinati affrontati

Galileo non solo ha lasciato che le sfere in discesa dall'aereo, ma ha anche affrontato due aerei inclinati per vedere fino a che punto una sfera lasciata scivolare.

E scoprì che la sfera riuscì a salire alla stessa altezza da cui se ne andò. Quindi l'angolo di inclinazione dello sfondo stava diminuendo, come mostrato nella figura inferiore, fino a quando non era completamente orizzontale.

Se non c'è attrito, la sfera si muove indefinitamente. Fonte: Wikimedia Commons.

In tutti i casi la sfera ha raggiunto un'altezza simile alla partenza. E quando lo sfondo divenne orizzontale, la sfera poteva muoversi indefinitamente, a meno che l'attrito non lo fermò lentamente.

Contributi degli esperimenti di Galileo

Galileo è considerato, insieme a Isaac Newton, il padre della fisica. Questi sono alcuni dei contributi alla scienza dei loro esperimenti:

-Il concetto di accelerazione, fondamentale nello studio della cinematica dei corpi, in questo modo Galileo ha gettato le basi del movimento accelerato, e con esso quelli dei meccanici, che in seguito rafforzerebbero Isaac Newton con le sue tre leggi.

-Ha anche sottolineato l'importanza della forza di attrito, una forza che Aristotele non aveva mai preso in considerazione.

-Galileo ha mostrato che non è richiesta l'azione continua di una forza per mantenere il movimento di un corpo, poiché in assenza di attrito la sfera continua a muoversi indefinitamente attraverso la superficie del piano del piano.

Riferimenti

1. Álvarez, J. L. Il fenomeno della caduta dei corpi. Rivista di fisica messicana. Recuperato da: scielo.org.
2. Hewitt, Paul. 2012. Scienze fisiche concettuali. 5 °. Ed. Pearson.
3. Kirkpatrick, l. 2010. Fisica: una visione del mondo concettuale. 7 °. Edizione. Cengage.
4. Meléndez, r. 2020. L'esperimento che Galileo ha fatto. Recuperato da: elbierzodigital.com.
5. Pérez, J. 2015. Esperimenti con palline e piani inclinati. Estratto da: Culturacientifica.com.
6. Ponce, c. 2016. Galileo Galilei e la sua legge sull'autunno libera. Recuperato da: bestiatopologico.Blogspot.com.