Början

För att fullt ut förstå Galileos prestationer inom fysik är det viktigt att se tidslinjen för hans liv. Galileo s arbete inom fysik och astronomi kan bäst delas upp i tre huvudfaser:

-1586-1609: mekanik och andra typer av relaterad fysik

-1609-1632: astronomi

-1633-1642: återgå till fysik

Det var under den första fasen som han utvecklade det fält vi kallar dynamik, av vilka Newton och andra gjorde stora gränser ett sekel senare. Men det var vår kompis Galileo som började tankegången och formaliseringen av experiment, och vi kanske inte visste om det om han hade förglömt att publicera sina huvudverk, vilket han så småningom gjorde 1638. Mycket av Galileo work work s arbete var rotad i logik. Han skapade faktiskt många av de tekniker som vi anser vara nödvändiga inom vetenskapen, inklusive experiment och registrering av resultaten. Det skulle inte vara fram till omkring 1650 att detta blev en standard bland forskare (Taylor 38, 54).

Antagligen tänkte Galileo på fysik från en tidig ålder. En ofta cirkulerad berättelse från hans ungdom är följande. När han var 19 gick han till en katedral i Pisa och tittade upp på lampan för bronsreservat som hänger från taket. Han noterade den svängande handlingen och såg att oavsett hur hög eller låg lampan var, den tid det tog att svänga fram och tillbaka aldrig varierade. Galileo noterade en pendelegenskap! (Brodrick 16).

Ett av Galileo s första publicerade verk kom 1586 där han vid 22 års ålder skrev La Bilancetta, ett kort verk som beskriver Archimedes utveckling av hydrostatisk balans. Genom att använda spaklagen kunde Galileo visa att om du har en stång med en svängpunkt, kan du mäta den specifika tyngden för ett föremål genom att nedsänka det i vatten och ha en motvikt balanserad på den andra, obubbade sidan. Genom att känna till massorna och avstånden till pivotpunkten och jämföra balansen ur vattnet, behövde man bara för att använda spaklagen och den okända objekts specifika vikt kunde sedan beräknas (Helden “Hydrostatic Balance”).

Han fortsatte att undersöka andra områden inom mekanik efter detta. Galileos stora genombrott kom i studien av tyngdpunkten för fasta ämnen när han var föreläsare i Pisa 1589. När han skrev om sina fynd skulle han ofta befinna sig i heta diskussioner med andra tiders fysiker. Tyvärr skulle Galileo ofta komma in i dessa situationer utan några experiment för att säkerhetskopiera hans bestraffning av Aristotelisk fysik. Men det skulle förändras - så småningom. Det var under denna vistelse i Pisa som forskaren Galileo föddes (Taylor 39).

Det antagna släppet. |

Bygga den vetenskapliga metoden

Inledningsvis, i sina studier, kämpade Galileo med två av Aristoteles avhandlingar. En var föreställningen att kroppar som rör sig upp och ner har en hastighet som är direkt proportionell mot föremålets vikt. Den andra var att hastigheterna är omvänt proportionella mot motståndet för mediet de rör sig genom. Dessa var hörnstenarna i den Aristoteliska teorin, och om de hade fel så går ner till korthuset. Simon Stevin 1586 var en av de första som tog upp experimentet som skulle göras av Galileo bara några år senare (40, 42-3).

1590 genomförde Galileo sitt första experiment för att testa dessa idéer. Han gick till toppen av det lutande tornet i Pisa och tappade två föremål med betydligt olika vikter. Trots den till synes vanliga föreställningen att den tyngre man bör slå först, slog båda marken samtidigt. Naturligtvis var Aristotelians också forskare och hade skepsis till resultaten, men vi kanske borde vara skeptiska till själva historien (40-1).

Du förstår, Galileo nämnde aldrig denna droppe från tornet i någon av hans korrespondenser eller manuskript. Viviani 1654 (64 år efter det antagna experimentet) säger bara att Galileo utförde experimentet framför lärare och filosofer. Vi är fortfarande inte 100% säkra på om Galileo verkligen utförde brådskan som historien har återkallat. Men baserat på begagnade konton som talar om någon form av experiment som görs, kan vi vara säkra på att Galileo gjorde ett test av principen även om kontot är fiktivt (41).

I Galileos resultat konstaterade han att hastigheten för det fallande föremålet inte var proportionell mot höjden. Därför är hastigheten inte proportionell mot mediets motstånd och därför är inte ett förhållande mellan luft och vakuum proportionellt mot hastigheten i luft över hastigheten i vakuum men mer som skillnaden mellan dem över vakuumhastigheten (44).

Men detta fick honom att tänka mer på de fallande kropparna själva, och så han började titta på deras tätheter. Det var genom denna studie av olika föremål som föll, att han insåg att de inte föll på grund av att luft pressade ner dem, som konventionell tanke var vid den tiden. Utan att inse det, satte Galileo ramarna för Newtons First Motion Law. Och Galileo var inte blyg över att låta andra veta att de hade fel. Som man kan se med Galileo skulle ett gemensamt tema börja uppstå, och det var hans trubbighet som fick honom till problem. Det får en att undra hur mycket mer han kunde ha åstadkommit om han inte hade hanterat dessa gräl. Det fick honom onödiga fiender, och även om han kunde förbättra sitt arbete skulle dessa motsatser visa sig vara ett avspänning i hans liv (44-5).

Personliga problem

Det skulle emellertid vara orättvist att säga att all skylden för konflikten i Galileos liv bodde bara på honom. Missbruk var vanlig i vetenskapligt samtal på den tiden, inte alls som det är idag. Man kunde ha attacker mot dem av personliga snarare än professionella skäl, och ett sådant exempel hände med Galileo 1592. Den illegitima sonen till Cosino de Medici byggde en maskin för att hjälpa till att gräva en barriär, men Galileo förutspådde att den skulle misslyckas på ett oprofessionellt sätt. Han hade helt rätt i den recensionen, men på grund av hans brist på takt tvingades han avgå från Pisa, för han hade kritiserat en framstående medlem i det lokala samhället. Men kanske var det bäst, för Galileo fick ett nytt jobb av Guido Ubaldi, en vän till hans, som ordförande för matematik på Padau i Venedig 1592. Hans kontakter med sin tid i Il Bo-senaten liksom hans anslutning till Gianvincenzio Pinelli, en etablerad tidens intellekt, hjälpte också. Detta gjorde att han kunde slå Giovanni Antonio Magini för posten, och hans ilska skulle besöks på Galileo på senare år. Medan Galileo i Padau såg en högre lön två gånger fick ett förnyat kontrakt för att stanna (en gång 1598 och en annan 1604), som båda såg ökningar i hans lön från sin bas på 180 guldmynt per år (Taylor 46-7, Reston 40-1).

Naturligtvis är finanserna inte allt, och han stod fortfarande inför svårigheter under denna tid. Ett år innan han avgick från Pisa gick hans far bort och hans familj behövde pengar mer än någonsin. Hans nya position slutade med att bli en stor välsignelse i detta avseende, särskilt när hans syster gifte sig och krävde medgift. Och han gjorde allt detta medan han hade dålig hälsa, vilket kan ha orsakats av all denna stress (Taylor 47-8).

Men Galileo fortsatte med sin forskning för att få finansiering för sin familj, och 1593 började han titta på befästningsdesign i arkitektur. Detta var ett stort ämne då, för Charles VIII i Frankrike använde ny teknik i slutet av 1500- talet på Italien för att utplåna fiendens väggförsvar. Vi kallar den tekniken idag för artilleri-beskjutning, och den representerade en ny teknisk utmaning att försvara sig mot. Den bästa designen som italienarna hade var att använda låga väggar som hade smuts och stenar som stödde dem, med breda dike och god förskjutning av vapen till kontrast. Vid 1500- talet var italienarna mästarna i denna teknik, och det berodde främst på munkar, ett kraftcenter i allmänhet vid den tiden. Det var Firenznola som Galileo kritiserade i sin rapport, i synnerhet hans befästning av slottet vid St. Angelo som inte gick så varmt. Kanske hamnade också detta som en dold motivation för hans rättegång senare i hans liv (48-9).

Ytterligare framsteg

1599 skrev han avhandling om mekanik men publicerade inte den. Det skulle äntligen hända efter hans död, vilket är synd med tanke på allt arbete han gjorde i det. Han täcker spakar, skruvar, lutande plan och andra enkla maskiner i arbetet och hur det då accepterade konceptet att använda dem för att göra stora krafter från sina små krafter. Senare i arbetet visade han att en vinstökning åtföljdes av motsvarande förlust av arbetsavstånd. Senare kom Galileo på idén om virtuella hastigheter, även kända som distribuerade krafter (49-50).

1606 skulle se honom beskriva användningar för den geometriska och militära kompassen (som han uppfann 1597). Det var en komplicerad utrustning men kunde användas för fler beräkningar än tidens slidregel. Det såldes därför ganska bra och hjälpte hans familjs ekonomiska svårigheter (50-1).

Även om vi inte kan veta säkert, känner historiker och forskare att mycket av Galileos arbete från denna period av hans liv hamnade i hans dialoger om två nya vetenskaper. Till exempel härstammar den "accelererade rörelsen" troligen från 1604, där han i sina anteckningar uttalade sin tro att föremål kallas under "enhetlig accelererad rörelse." I ett brev skrivet till Paolo Sarpi den 16 oktober 1604 nämner Galileo att avståndet ett fallande objekt täcker är relaterat till tiden det tog att komma dit. Han talar också om accelerationen av objekt på ett lutande plan i det arbetet (51-2).

En annan stor uppfinning av Galileo var termometern vars användbarhet fortfarande är känd idag. Hans version som primitiv men ändå användbar för tiden. Han hade en behållare med en vätska som skulle gå upp och ner baserat på omgivningens temperatur. De stora problemen var dock skalan och behållarens volym. Något universellt behövdes för båda, men hur kan man komma till det? Effekterna av tryck, som ändrades med höjden och inte var känt för tidens forskare, beaktades inte heller (52).

Dialoger. |

Efterfrågan

Efter att ha ställts inför sin domstol och dömts till husarrest återlämnade Galileo sitt fokus till fysik i ett försök att främja den vetenskapsgrenen. 1633 avslutar han dialoger om två nya vetenskaper och kan publiceras i Lynden, men inte i Italien. Verkligen en samling av allt hans arbete inom fysik, det är skapat ungefär som hans tidigare dialoger med en 4-dagars diskussion bland karaktärerna Simplicio, Salviati och Sagredo. Dag 1 ägnas åt objekternas motstånd mot sprickbildning, med objektets styrka och storlek relaterad. Han kunde visa att den brytande belastningen var beroende av square av linjära dimensioner samt ämnets vikt. Dag 2 omfattar flera ämnen, den första är sammanhållning och dess orsaker. Galileo anser att källan antingen är friktion eller att naturen misslyckas med ett vakuum och därmed förblir intakt som ett objekt. När ett objekt delas upp, skapar de ju ett vakuum för ett kort ögonblick. Även om det har nämnts tidigare i artikeln att Galileo inte mätte vakuumegenskaper, beskriver han faktiskt en installation som skulle göra det möjligt för en att mäta vakuumkraften utan lufttryck! (173-5, 178)

Men dag 3 skulle se Galileo diskutera att mäta ljusets hastighet med hjälp av två lyktor och tiden det tar att se en täckas upp, men han kan inte hitta ett resultat. Han känner att det inte är oändligt, men han kan inte bevisa det med de tekniker han använt. Han undrar om det vakuumet kommer att spela igen för att hjälpa honom. Galileo nämnde också var hans dynamiska arbete med fallande föremål, där han nämner att han genomförde sina experiment från en höjd av 400 fot (Kom ihåg historien om Pisa från tidigare? Det tornet är 179 fot högt. Detta ytterligare diskrediterar påståendet.) Han vet att luftmotstånd måste spela en roll eftersom han fann en tidsskillnad på föremål som faller som ett vakuum inte kunde förklara bort. I själva verket gick Galileo så långt som att mäta luft när han pumpade den i en behållare och använde sandkorn för att hitta dess vikt! (178-9).

Han fortsätter sin dynamikdiskussion med pendlar och deras egenskaper, diskuterar sedan ljudvågor som en vibration av luft och lägger till och med mallen för idéerna om musikaliska förhållanden och ljudfrekvens. Han lindrar upp dagen med en diskussion om sina bollrullningsexperiment, och hans slutsats att avstånd som reste är direkt proportionellt mot tiden det tar att korsa det kvadratiska avståndet (182, 184-5).

Dag 4 täcker projektilernas paraboliska väg. Här antyder han terminalhastighet men tänker också på något banbrytande: planeter som fritt fallande föremål. Detta påverkade naturligtvis i hög grad Newton att inse att ett objekt som kretsar verkligen är i ett konstant tillstånd av fritt fall. Galileo inkluderar emellertid ingen matematik om han upprör någon (187-9).

Citerade verk

Brodrick, James. Galileo: Mannen, hans arbete, hans olycka. Harper & Row Publishers, New York, 1964. Tryck. 16.

Helden, Al Van. Hydrostatisk balans. Galileo.Rice.edu. Galileoprojektet, 1995. Web. 02 oktober 2016.

Reston Jr., James. Galileo: ett liv. Harper Collins, New York. 1994. Tryck. 40-1.

Taylor, F. Sherwood. Galileo och tankefriheten. Storbritannien: Walls & Co., 1938. Tryck. 38-52, 54, 112, 173-5, 178-9, 182, 184-5, 187-9.

För mer information om Galileo, se:

  • Vilka var Galileos bästa debatter?
    Galileo var en framgångsrik man och prototypforskaren. Men på vägen kom han in i en hel del verbala jousts och här kommer vi att gräva djupare in i de bästa han deltog.
  • Varför laddades Galileo med kätteri?
    Inkvisitionen var en mörk tid i mänsklig historia. Ett av dess offer var Galileo, den berömda astronomen. Vad ledde till hans rättegång och övertygelse?
  • Vilka bidrag bidrog Galileo till astronomi?
    Galileos resultat inom astronomi skakade världen. Vad såg han?