Урок: «Галилео- Галилей и физика»

«Галилео Галилей и физика»

2024г.

15 февраля 1564 года в итальянском городке Пиза в семье обедневших аристократов появился мальчик, которому было суждено стать великим исследователем.

Галилео рос способным ребёнком, проявлявшим таланты в разных сферах деятельности: рисовании, иностранных языках, музыке, однако своё предпочтение отдавал науке.

Галилею нравились математические занятия: посещая их, он увлёкся геометрией и алгебраическими формулами. Благодаря своему покровителю, маркизу Гвидобальдо дель Монте, Галилей начал преподаватель в Болонском университете и получать жалование, после чего началась его научная карьера.

За свою жизнь Галилео Галилей так же оказал значительное влияние не только на развитие механики, но и физики в целом.

Изучая  биографию Галилео Галилея и его открытия, нельзя не упомянуть его деятельность в период преподавания в университете. Он занимался научной деятельностью — издал ряд своих трудов в разделе физика - «О движении» и «Механика».

Галилео Галилей – основатель экспериментальной физики. Своими экспериментами он убедительно опроверг умозрительную метафизику Аристотеля и заложил фундамент классической механики.

Согласно биографии Галилео Галилея, написанной его учеником Винченцо Вивиани, в 1589 году Галилей провёл эксперимент, сбросив два шара различной массы со знаменитой падающей башни в Пизе, чтобы продемонстрировать, что время падения не зависит от массы шара^[1]. С помощью этого эксперимента Галилей якобы обнаружил, что тела упали практически одновременно, опровергнув теорию Аристотеля, которая утверждала, что скорость падения пропорциональна массе тела. В то время, когда, по описанию Вивиани, Галилей проводил свой эксперимент, он ещё не сформулировал окончательный вариант своего закона свободного падения.

Галилео Галилей первым показал, что время падения тела на Землю не зависит от его массы, а определяется лишь характеристиками самой Земли и определил величину ускорения свободного падения (9,8 м/с²).

Рассматривая холмы с различными склонами, Галилей почти вплотную подошел к главному соотношению второго закона Ньютона: ускорениепропорционально силе; но это соотношение он выражал в геометрической форме, что не позволяло выявить роль силы. Галилей разработал экспериментальные методы науки о движении, которыми можно было пользоваться при решении самых разнообразных задач: о полете снарядов, движении маятников, планет, а позднее о движении различных механизмов и даже составных частей атомов.

Галилей пришел к такому выводу: если шар катится вниз с одной наклонной плоскости,а затем вверх по другой наклонной плоскости, то он докатится до первоначального уровня, каков бы ни был наклон.

Галилей сделал на основании этого общее предположение: скорости, приобретаемые телом, движущимся по плоскостям, имеющим различные наклоны, равны между собой, если равны высоты, с которых он спускается.

В 1632 году вышла книга итальянского ученого Галилео Галилея «Диалог о двух главнейших системах мира» – Птолемея и Коперника. В одном из разделов этой книги есть такие слова:

«Когда тело движется по горизонтальной поверхности, не встречая никакого сопротивления движению, то движение его является равномерным и продолжалось бы постоянно, если бы плоскость простиралась в пространстве без конца».

В этой фразе описывается физическое явление, которое называется инерцией.

Галилей приводит различные примеры, в которых доказывает, что подобное движение было бы не только равномерным, но и прямолинейным. А это означает, что неизменным остается не только численное значение, но и направление скорости. Другими словами, в ходе такого движения постоянным остается вектор скорости.

Движение происходит, пока действует «побудительная причина» (сила), и в отсутствии силы прекращается. При отсутствии внешних сил тело либо покоится, либо равномерно движется. То что мы называем инерцией, Галилей поэтически назвал «неистребимо запечатленное движение».

В своей работе «Диалог» Галилей устанавливает принцип инерции с помощью рассуждения, подобного математическому методу доказательства «от противного».

Наклон плоскости к горизонтали является причиной ускоренного движения вниз, и замедленного движения тела, движущегося вверх по наклонной плоскости.

Поэтому при движении по неограниченной горизонтальной плоскости у тела нет причин ускоряться или замедляться, и оно пребывает в состоянии равномерного прямолинейного движения или покоя.

Гениально простой была догадка Галилея о траектории движения брошенного тела. Такое движение Галилей называл принужденным (в отличие от свободного падения). Аристотель считал, что тело, брошенное под углом к горизонту, двигается вначале по наклонной прямой, затем по дуге и, наконец, по вертикальной прямой. Галилей построил теорию брошенного тела сразу же за теорией свободного падения. Он догадался, что движение тела, брошенного под углом к горизонту, складывается из равномерного прямолинейного движения, которое бы имело места не будь силы тяжести, и свободного падения. В результате тело движется по параболе. В этом рассуждении существенно используется закон инерции - закон Галилея.

В истории науки это первая решенная задача динамики. Максимальная дальность полета брошенного тела достигается для угла 45^о.

 Кроме того, Галилей также рассмотрел обобщенную задачу: исследовать поведение падающего тела с ненулевой горизонтальной начальной скоростью. Он правильно предположил, что полет такого тела будет суперпозицией двух «простых движений»: равномерного горизонтального инерционного движения и одинаково ускоренного вертикального падения.

Принцип относительности Галилея – это принцип физического равноправия инерциальных систем отсчёта в классической механике, проявляющегося в том, что законы механики во всех таких системах одинаковы.

Отсюда следует, что никакими механическими опытами, проводящимися в какой-либо инерциальной системе, нельзя определить, покоится ли данная система или движется равномерно и прямолинейно. Это положение было впервые установлено Г. Галилеем в 1636.

Одна из легенд гласит, что ГалилеоГалилей открыл регулярное движение маятника, наблюдая за колебаниями большого светильника в Пизанском соборе. Регулярность этого движения полностью перевернула подход к отсчету времени и в дальнейшем вдохновила ученого на открытие принципов движения. Даже если эта романтическая история и не совсем правдива, не остается сомнений в том, что Галилео занимался вопросами движения маятника в самом начале своей научной деятельности.Маятник. Примерно к 1602 году он обнаружил, чтопериодколебаний обычного маятника пропорционален квадратному корню длины подвеса.

В 1592 году ученый придумал устройство, измеряющее температуру жидкости, впоследствии получившее названиетермоскоп. Данное приспособление стало родоначальником всех термометров, которые мы сейчас имеем. Некоторые историки сомневаются, что Галилей имеет отношение к данному прорыву в науке, другие же твердо убеждены, что именно этот великий ученый придумал данный прибор.

Опыт Галилея состоял в следующем: он взял колбу с длинной ножкой и наполнил ее водой. Затем взял стакан с водой и перевернул колбу ножкой вниз, поставив в стакан. Часть воды, естественно, вылилась, однако в результате в ножке остался определенный уровень воды. Если теперь нагревать колбу (в которой находится воздух), то уровень воды будет опускаться, а если охлаждать, то, наоборот, повышаться. Это связано с тем, что при нагревании вещества (в частности, воздух) имеют свойство расширяться, а при охлаждении – сужаться.

Труды Галилео в физике применимы для всех профессий, мы, будущие автомеханики с удовольствием познаем и применяем его законы в обучении. Благодарю за внимание.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/573123-urokgalileogalilej-i-fizika