Галілей і його помилки

Хто не знає великого італійського вченого епохи Відродження на прізвище Галілей? Розвиток механіки в доньютоновську епоху як науки пов’язано з його ім’ям. Найбільшою заслугою Галілея як вченого-механіка було те, що він першим заклав основи наукової динаміки, що завдала нищівного удару по динаміці Аристотеля. Галілей називав динаміку “наукою про рух щодо місця”. Його твір “Бесіди і математичні докази, що стосуються двох нових наук” складається з трьох частин: перша частина присвячена рівномірному руху, друга – рівномірно прискореному, третя – примус руху кинутих тіл. В античній механіці терміна “швидкість” не було. Розглядалися більш-менш швидкі рухи, а також “равноскорие”, але кількісно характеристики цих рухів у вигляді швидкості не існувало. Галілей вперше підійшов до вирішення питання про рівномірний і прискореному русі масивних тіл і розглянув рух тіл по інерції. Але були і помилки Галілея.

Галілею приписують відкриття закону інерції. Роблять це навіть в підручниках – шкільних і не тільки. Закон цей Галілей висловлював так: “Рух тіла, на яке не діють сили (звичайно, зовнішні) або рівнодіюча їх дорівнює нулю, є рівномірним рухом по колу”. Так, на думку Галілея, рухалися небесні тіла, “надані самим собі”. Насправді ж рух за інерцією, як відомо, може бути тільки рівномірним і прямолінійним. Що ж стосується небесних тіл, то їх з цього руху “збиває” зовнішня сила – сила всесвітнього тяжіння. Розглядаючи погляд Галілея на інерцію, переконуємося в його неправомірність: помилка в міркуваннях виникла через те, що Галілей не знав про закон всесвітнього тяжіння, відкритого пізніше Ньютоном.

Доводячи принцип відносності, Галілей стверджував, що якщо корабель рухається рівномірно і без качки (рис. 1), то ніяким механічним експериментом можна виявити цього руху. Він пропонував подумки розмістити в трюмі корабля судини з усіма пов’язаними з них водою, з плаваючими в них рибками, літаючих мух і метеликів і стверджував, що варто корабель рухається рівномірно – їх дії не змінюються. Не треба при цьому забувати, що рух корабля не прямолінійний, а круговий (правда, по колу великого радіусу, який є те чи інше перетин Землі).

 

Зараз ми знаємо, що в системі, що рухається по кривій, який є і окружність, неможливо дотримання закону інерції: ця система не є інерціальній. Дійсно, в принципі Галілея величина швидкості відносного руху не грає ролі, як і швидкість руху однієїінерціальній системи щодо іншої. Ось і чергова помилка.

Але якщо кораблю надати першу космічну швидкість (8 км / с), то всі предмети в його трюмі, як і сам корабель, стануть невагомими. Механічний експеримент, проведений з достатньою точністю, покаже, що і для реальних швидкостей руху переміщення тіл у трюмі рухомого корабля і корабля нерухомого будуть відрізнятися між собою. Більш того, рух тіл зміниться, якщо корабель буде йти з однією і тією ж швидкістю, але різними курсами – припустимо, по меридіану і по екватору. Не тільки рухомі в трюмі тіла будуть збиватися з передбачуваної траєкторії, але і сам корабель в Північній півкулі буде відносити вправо за курсом, а в Південному – вліво. Цікаво, що ці відхилення, викликані обертанням Землі як неінерціальної системи, що не залежать навіть від напрямку руху і описуються силою Коріоліса.

В іншій своїй роботі – “Діалог про дві найголовніші системи світу …” – Галілей стверджує, що світ є тіло надзвичайно досконале, і щодо його частин повинен панувати найвищий і найдосконаліший порядок. З цього Галілей робить висновок, що небесні тіла за своєю природою не можуть рухатися прямолінійно, оскільки якби вони рухалися прямолінійно, то безповоротно віддалялися б від своєї вихідної точки і первісне місце для них не було б природним, а частини Всесвіту не були б розташовані в “наїсовершеннейшего порядку”. Отже, небесних тіл неприпустимо міняти місця, т. Е. Рухатися прямолінійно. Зникни раптом закон всесвітнього тяжіння, це і сталося б! Саме він утримує небесні тіла в стійкому русі, не допускаючи їх хаотичного розбігання. Крім того, прямолінійний рух нескінченно, бо пряма лінія нескінченна, а отже, невизначена. Галілей вважав, що по самій суті природи неможливо, щоб що-небудь рухалося по прямій лінії до недосяжної мети. Знову помилка Галілея!

Але якщо порядок досягнутий і небесні тіла розміщені найкращим чином, неможливо, щоб в них залишалася природна схильність до прямолінійного руху, в результаті якого вони відхилилися б від належного місця. Як стверджував Галілей, прямолінійний рух може тільки “доставляти матеріал для споруди”, але, коли останнім готове, воно або залишається нерухомим, або якщо і має рухом, то тільки круговим. Більш того, Галілей стверджував, що якщо тіло кинути ковзати як по льоду по горизонтальній площині, то, впавши з неї, тіло обов’язково перетне свою траєкторію з центром Землі (рис. 2). Але так як рух за інерцією весь час видаляє кинуте тіло від цієї траєкторії, то воно ніяк не може перетнути свій шлях з центром Землі. Це дуже поширена помилка, що зустрічається навіть в сучасних підручниках!

 

Крім того, рух по горизонтальній слизькій площині таке, що тіло, відходячи від точки перетину найкоротшого радіуса Землі з цією площиною, починає віддалятися від центру Землі. Значить, усе ближче, і віддаляючись від центру Землі, тіло не може рухатися рівномірно, оскільки на нього весь час (крім однієї точки в центрі Землі) буде діяти сила.

Як бачимо, Галілей в своєму погляді на інерцію, а, отже, і на механіку взагалі, помилявся дуже істотно. Формулювання законів інерції, дуже близьку до ньютонівської і прийняту з незначними змінами в сучасній механіці, дав французький філософ і математик Р. Декарт, сучасник Галілея. У своїй книзі “Начала філософії”, що вийшла в світ в 1644 р, він так формулює закони інерції. Перший закон: “Будь-яка річ продовжує по можливості перебувати в одному і тому ж стані і змінює його не інакше як від зустрічі з іншим”. Другий закон: “Кожна матеріальна частка в окремо прагне продовжувати подальший рух не по кривій, а виключно по прямій”. Тому замість того щоб називати перший закон Ньютона, або закон інерції, законом Галілея – Ньютона, що і роблять іноді в підручниках, або говорити, що закон інерції був відкритий раніше Ньютона, варто було б відзначити те, що раніше Ньютона його досить точно сформулював Декарт, але ніяк не Галілей. Правда, авторитет Галілея зробив свою справу і помилки Галілея просто були забуті.

...
ПОДІЛИТИСЯ: