آزمایش گالیله و سطح شیب دار

گالیله و سطح شیب دار » ارسطو ناظر زیرک طبیعت بود ، بیشتر به مسئله های اطراف خود می پرداخت تا موارد مجردی که در محیط رخ نمی داد . در حرکت همواره محیط مقاومی پون هوا یا آب دخیل است . به اعتقاد او ، خلأ ناممکن بود و در نتیجه توجه چندانی به حرکت در نبود محیط برهم کنش کننده نداشت . به این دلیل است که ارسطو معتقد بود جسم به فشار یا کشش برای تداوم حرکت خود نیاز دارد ، و گالیله وقتی منکر این اصل اساسی شد که گفت ؛ اگر مانعی بر سر راه حرکت جسم متحرک وجود نداشته باشد ، جسم همواره به حرکت خود در خط راست ادامه می دهد و هیچ فشار ، کشش ، یا نیروی دیگری لازم نیست .
گالیله این فرضیه را با حرکت اجسام متفاوت روی سطح های شیب دار با زاویه های متفاوت آزمایش کرد . او متوجه شد که گوی ها هنگام غلتیدن رو به پایین روی سطح های شیب دار سرعت می گیرند ، در حالی که هنگام غلتیدن رو به بالا سرعتشان کم می شود . او ، با توجه به این موضوع ، استدلال کرد که سرعت گوی هایی که روی صفحه ی افقی می غلتند نه افزایش می یابد و نه کاهش . گوی سرانجام نه به سبب « سرشت » خود بلکه به واسطه ی اصطکاک متوقف می شود . گالیله این نظر را با مشاهده ی حرکت روی سطح های هموار تر تأیید کرد . وقتی اصطکاک کمتر بود ، حرکت اجسام مدتی طولانی تر تداوم داشت ؛ با اصطکاک کمتر ، حرکت به سرعت ثابت نزدیک می شد ، او ، استدلال کرد که در نبود اصطکاک یا دیگر نیروهای مخالف حرکت ، جسمی که به صورت افقی حرکت می کند به حرکت همیشگی خود ادامه خواهد داد .
این ادعا را آزمایش متفاوت و روش استدلال دیگری تأیید می کرد . گالیله دو سطح شیب دار خود را مقابل هم قرار داد . او مشاهده کرد گویی که از حالت سکون از بالای سطح شیب دار رها شود به پایین  می غلتد و از سطح شیب دار مقابل بالا می رود تا تقریباً به ارتفاع اولیه ی خود برسد . او استدلال کرد که فقط اصطکاک مانع بالا رفتن آن تا ارتفاع اولیه می شود ، زیرا گوی روی سطح های هموارتر بیشتر به ارتفاع اولیه نزدیک می شد . سپس شیب سطح رو به بالا را کم کرد . باز هم گوی تا همان ارتفاع بالا رفت ، اما اکنون باید مسافت بیشتری را طی می کرد . کم کردن بیشتر زاویه نتایج مشابهی به وجود آورد . سپس ، این پرسش را مطرح کرد : اگر سطح افقی طویلی داشته باشیم ، گوی چه مسافتی را باید طی کند تا به همان ارتفاع برسد ؟  پاسخ بدیهی این بود : برای همیشه - زیرا هرگز به ارتفاع اولیه نخواهد رسید . ( برگرفته از کتاب گفت و گو درباره ی دو علم جدید گالیله )
گالیله این را به صورت دیگری هم تحلیل کرد . چون حرکت رو به پایین گوی از سطح اول در تمام موارد یکسان است ، سرعت آن هنگام آغاز بالا رفتن از سطح دوم یکی است . اگر گوی از سطحی با شیب زیاد بالا برود ، سرعت خود را زود از دست می دهد . گوی روی سطح با شیب کمتر سرعت خود را کند تر از دست می دهد و مدت طولانی تری می غلتد . هرچه شیب رو به بالا کمتر باشد ، آهنگ کاهش سرعت گوی کند تر خواهد بود . در حالت حدی که شیبی وجود ندارد _ یعنی ، وقتی که سطح افقی است _ سرعت گوی نباید کاهش یابد . گوی در نبود نیروهای کند کننده حرکتی همیشگی و بدون کند شدن دارد . این ویژگی مقاومت جسم در برابر تغییر حرکت را لختی می نامیم .
مفهوم لختی گالیله نظریه ی حرکت ارسطو را بی اعتبار ساخت . ارسطو متوجه لختی نشد ، زیرا نمی توانست حرکت بدون اصطکاک را مجسم کند . طبق تجربه ی او ، تمام انواع حرکت در معرض مقاومت قرار داشتند ، و این واقعیت اساس نظریه ی حرکت او را تشکیل می داد . ناتوانی ارسطو در تشخیص سرشت اصطکاک _ یعنی ، نیرویی مثل هر نیروی دیگر _ مانع پیشرفت فیزیک به مدت 2000 سال ، تا زمان گالیله ، شد . یک کاربرد مفهوم لختی گالیله نشان می دهد هیچ نیرویی برای حرکت رو به جلو کره ی زمین وجود ندارد . راه برای ایزاک نیوتون باز شد تا نگرش جدیدی از عالم به وجود آورد .
خود آزمایی »» آیا درست است بگوییم لختی دلیل استمرار حرکت اجسام هنگامی است که دیگر نیرویی به آن ها وارد نمی شود ؟ پاسخ : به معنی دقیق ، نه . ما دلیل استمرار حرکت اجسام را وقتی نیرویی به آن ها وارد نمی شود نمی دانیم . این ویژگی اجسام مادی را که رفتاری این چنین پیش بینی پذیر دارند لختی می نامیم . می توانیم چیز های بسیاری را بفهمیم و برای آن ها برچسب و نام داریم . چیز های بسیاری هم وجود دارند که آن ها را نمی فهمیم ، و برای آن ها هم برچسب و نام داریم . آموزش از نام ها و برچسب ها تشکیل نشده است ، بلکه یادگیری آن است که چه پدیده هایی را درک می کنیم و کدام را درک نمی کنیم .

در سال 1642 ، چند ماه پس از درگذشت گالیله ، ایزاک نیوتون متولد شد . نیوتون در 23 سالگی ، قانون های معروف حرکت خود را مطرح کرد ، که سبب شکست کامل دیدگاه های ارسطویی شد که تقریباً دوهزار سال بر تفکر بهترین ذهن ها حکم فرما بود . در ادامه ی مطالب فیزیک برای زندگی ، اولین قانون نیوتون را بررسی می کنیم . این قانون باز تعریف مفهوم لختی است که گالیلئو گالیله قبلاً بیان کرده بود . ( سه قانون حرکت نیوتون ابتدا در یکی از مهم ترین کتاب های همه ی دوران ها ، پرینکیپیا ( اصول ) نیوتون ، منتشر شد . )

 

گویی که از سطح شیب دار طرف چپ پایین می غلتد مستعد بالا رفتن تا همان ارتفاع روی سطح شیب دار طرف راست است .
اگر زاویه ی شیب سطح طرف راست کاهش یابد ، گوی باید مسافت بیشتری را بپیماید .
 

 

در ادامه بیش تر با ما همرا باشید تا به بقیه مطالب مرتبط با این موضوع بپردازیم ...

مطالب مرتبط : ارسطو را بیشتر بشناسید ، کوپرنیک و زمین متحرک ، ارسطو و حرکت  ، آزمایش گالیله و سطح شیب دار ، گالیله و برج کج ، قانون اول حرکت نیوتون

نظر شما در مورد این مقاله چیست ؟ در بخش نظرات منتظریم !

با فیزیک برای زندگی همراه باشید ...