Galileo 'nun Düşen Cisimler Deneyi

Popüler bir efsaneye göre, XVII. yüzyılda Galileo Galilei, düşen nesnelerin nasıl davrandığını göstermek için Pisa'nın eğik kulesinden farklı boyutlarda ve malzemelerde taşlar fırlattı. Galileo, zanaatkarlarına son derece cilalı bir kanala sahip uzun bir tahta çubuk yapmalarını söyledi. Yardımcıları çubuğu eğip, bir noktadan diğerine kaymaları için gereken süreyi ölçmek üzere kanal boyunca kurşun ve mantar küreler bıraktılar.

Salviati, Sagredo ve Simplicio, bu durumu tutkuyla tartıştılar. Aristoteles'in sonuçlarını desteklediler veya çürüttüler, teoremler formüle ettiler ve deneyleri tanımladılar.

Salviati, Galileo'nun çığır açan deneyini ayrıntılı olarak şöyle anlatmıştı:

“Yaklaşık 12 arşın uzunluğunda, yarım arşın genişliğinde ve üç parmak kalınlığında bir tahta kalıp veya kalas parçası alındı. Kenarında bir parmaktan biraz daha geniş bir kanal açıldı. Bu oluğu olabildiğince düz, pürüzsüz ve cilalı hale getirdikten sonra içinden mükemmel yuvarlak bir bronz top geçirdik. Bu tahtayı eğimli bir konuma yerleştirdikten sonra topu yuvarladık. İki gözlem arasındaki sapmanın bir nabız atımının onda birini asla aşmaması için zamanı bir doğrulukla ölçmek amacıyla bu deneyi birden fazla kez tekrarladık”

Bu gözlemlerden, doğal ivmelenme altındaki cisimlerin (Galileo'nun yerçekimine verdiği isim) ağırlıklarına veya maddelerine bakılmaksızın aynı şekilde davrandıkları sonucuna vardı. Galileo, bilimsel ilerleme için çok önemli olan olağanüstü bir hayal gücüne sahipti. Atmosferin kaybolduğu, nesnelerin ideal olarak küresel olduğu ve yüzeylerin mükemmel bir şekilde cilalandığı imkânsız durumlar hakkında yazmıştı. Böylesine fantastik sahneleri hayal etti ve bunları deneyleri ve gözlemleriyle ilişkilendirdi. Bu kombinasyondan eylemsizlik ilkesi ortaya çıktı. Sabit bir hızla düz bir çizgide hareket eden bir cisim sürekli hareket etmeye devam edecektir.

Fizik tarihinin kritik anları vardır ve bu da onlardan biridir. Galileo'nun ilkeleri yerçekimini anlamada belirleyiciydi. Newton'un evrensel mekanik yasalarına giden yolu açtılar.

Flaman matematikçi, mühendis ve değirmen yapımcısı Simon Stevin ve Delft belediye başkanı Jan Cornets de Groot tarafından gerçekleştirildi. Biri diğerinden on kat daha ağır olan iki kurşun küre aldılar ve bunları aynı anda Nieuwe Kerk kilisesinin kulesinden düşürdüler.

Stevin, deneyi ve gözlemlerini 1586 yılında yayımlanan De Beghinselen der Weeghconst (Statiğin İlkeleri) adlı kitabında anlattı.

“Doğanın gizemlerinin son derece eğitimli ve çalışkan araştırmacısı Jan Cornets de Groot ve benim yaptığımız gibi, biri diğerinden on kat daha ağır olan iki kurşun bilye alalım ve bunları 30 feet yükseklikten birlikte düşürelim. Bu, hafif bilyenin ağır olandan daha uzun sürede düşmediğini, ancak aynı anda birlikte düştüklerini gösterecektir. Bu, Aristoteles'in yanıldığını kanıtlar. "

Aristoteles'e göre, serbest düşüşteki bir cismin hızı kütlesiyle orantılıydı. O ana kadar, onun önerdiği hareket prensipleri doğru kabul ediliyordu. Bunlar Pisa Üniversitesi ve Padua Üniversitesi gibi akademik merkezlerde öğretiliyordu.

Hava direnci sayesinde Galileo'nun deneyi her zaman işe yaramaz. Yerçekimi her şeyi aşağı doğru eşit derecede "sert" çeker, ancak daha ağır nesneler genellikle biraz daha hızlı düşer çünkü yollarını tıkayan havayı delme yetenekleri daha fazladır. Bir karpuz ve şişirilebilir karpuz şeklindeki bir balondan çok daha hızlı düşecektir.

Hava olmadığında, farklı ağırlıktaki nesneler aynı hızda düşerler. Bunu Apollo astronotu David Scott, ayda bir çekiç ve bir tüy kullanarak göstermiştir.

Dünya'da, tüyler gibi son derece hafif nesneler üzerindeki hava direncinin etkisini görmek kolaydır, ancak büyük ve ağır nesneleri de etkiler. Bu nesneler üzerindeki etki daha küçük olduğundan, yakından bakmıyorsanız fark etmek zor olabilir.

Sürükleme hesaplamaları, daha ağır bir nesnenin benzer şekildeki daha hafif bir nesneden ne kadar daha hızlı düşeceğini tahmin etmemizi sağlar. Galileo, Pisa Kulesi'nden aynı anda 12 kiloluk bir bowling topu ve 13 kiloluk bir bowling topu bıraksaydı, yere ulaştıklarında daha ağır bowling topu muhtemelen daha hafif olandan birkaç santim önde olurdu. Yüksek hızlı bir kamera olmadan farkı fark etmek zor olabilir.

Şimdi aynı sürüklenme denklemlerini uygulayarak Mark'ın kızak deneyinde ne olacağını bulalım.

Boş iki kişilik bir bobsled (kızağa benzer bir araç) için minimum ağırlık yaklaşık 170 kg'dır, bu yüzden Mark'ın kuleden bir çiftini düşürdüğünü ve bunlardan birinin içinde yaklaşık 5 kg’lık ekstra ağırlık olduğunu düşünün. Mark onları burun üstü düşürseydi, bobsled'in aerodinamik şekli bowling topundan daha kolay havayı delmesine yardımcı olurdu. Teoride, daha ağır bobsled daha hafif olandan yaklaşık çeyrek inç önde düşebilirdi kabaca bir cep telefonunun kalınlığı kadar.

Bir anlamda, Galileo'nun deneyi işe yaramıyor, en azından bu gezegende. İki farklı ağırlıktaki bowling topu veya bobsled hava direnci sayesinde biraz farklı hızlarda düşer.