Galileo Galilei et sa loi sur l'automne libre

La Loi sur la chute libre de Galileo Galilei établit que la distance parcourue par un corps qui est librement libéré d'une certaine hauteur est proportionnelle au carré du temps passé pour le parcourir.

Et comme le temps ne dépend que de la hauteur, tous les corps atteignent le sol en même temps, quelle que soit leur masse, lorsqu'ils sont tombés de la même hauteur.

Galileo, l'un des scientifiques les plus brillants de tous les temps, est né dans la ville italienne de Pise en 1564.

À cette époque, les croyances aristotéliciennes sur la nature du mouvement ont été partagées par la plupart de la communauté scientifique. Aristote (384-322 A.C.) Il était un penseur remarquable de la Grèce antique, qui avait reflété ses croyances sur la science dans les 200 œuvres qu'il croit avoir écrites tout au long de sa vie.

Seulement 31 de ces œuvres sont venues à ce jour, et en eux le philosophe grec a expliqué sa vision de la nature, connue sous le nom Physique aristotélicienne. L'un de ses postulats est le suivant: lorsque deux corps sont tombés de la même hauteur, le plus lourd atteint toujours le sol en premier.

Aristote a proclamé que les objets les plus lourds sont venus au sol en premier, mais Galileo a montré que ce n'était pas le cas. Source: Wikimedia Commons.

Galileo a testé cette croyance enracinée et a commencé avec elle le développement de la science basée sur l'expérimentation, une révolution qui a conduit l'humanité à faire ses premiers pas en dehors de la terre, et a élargi l'univers connu d'une taille insoupçonnée.

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Expériences de Galileo

Portrait de Galileo Galilei

De nos jours, ils nous apprennent que tous les objets, quelle que soit leur messe, atteignent le sol en même temps lorsqu'ils les dépassent d'une certaine hauteur. C'est parce que tout le monde sans exception se déplace avec la même accélération: celle de la gravité. Bien sûr, tant que la résistance à l'air est méprisée.

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Nous pouvons le voir tomber simultanément et de la même hauteur un objet lourd et léger, par exemple une pierre et une feuille de papier ridé, et nous verrons comment ils atteignent le sol en même temps.

Lorsque les objets n'ont pas de frottement d'air en même temps

Galileo dans le Torre de Pise

Galileo était déterminé à tester les croyances aristotéliciennes par une expérimentation minutieuse et un développement mathématique. La légende affirme qu'il a laissé tomber les objets du haut de la célèbre tour inclinée de Pise, mesurant le temps qu'il a fallu pour tomber à chacun.

Il est douteux que Galileo ait expressément téléchargé vers le haut de la tour à cette fin, car en tout cas la mesure précise d'un peu de temps - Approximativement 3.4 S- avec les montres du temps, ce n'était pas possible.

Mais il est dit qu'à une occasion, Galileo a réuni de nombreuses personnes au pied de la tour pour vérifier par eux-mêmes, deux corps différents de masses ont atteint le sol en même temps.

Cependant, le physicien italien enregistre dans ses livres d'autres expériences pour étudier le mouvement et ainsi découvrir comment les choses bougent.

Parmi ceux-ci figurent ceux du simple pendule, qui consiste à suspendre une masse d'une corde légère et à la laisser osciller et même à certaines dans lesquelles il a essayé de mesurer la vitesse de la lumière (sans succès).

Le pendule tronqué

Parmi les nombreuses expériences de Galileo, il y avait celui dans lequel il a utilisé un pendule, auquel il a placé un clou de girofle à un point intermédiaire entre le début du mouvement et la position la plus basse.

Avec cela, il avait l'intention de tronquer le pendule, c'est-à-dire, raccourcissez-le. Une fois que le pendule atteint l'ongle, il est retourné au point initial, ce qui signifie que la vitesse du pendule ne dépend que de la hauteur à partir de laquelle il a été libéré, et non de la masse qui pendait au pendule.

Cette expérience a inspiré la suivante, l'une des plus notables que le grand physicien a fait et à travers laquelle il a établi les principes de la cinématique.

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Expériences avec le plan incliné

L'expérience qui a conduit Galileo à la formulation de la loi de la chute libre était celle du plan incliné, sur lequel il a laissé des sphères de tête de différentes hauteurs et avec des inclinations différentes. Il a également prouvé que les sphères augmentent et mesurent la hauteur qu'ils ont atteint.

Il a donc montré que tous les corps tombent avec la même accélération tant que la friction n'intervient pas. C'est une situation idéale, car les frictions ne disparaissent jamais complètement. Cependant, un plan en bois poli incliné constitue une bonne approche.

Pourquoi Galileo a-t-il décidé d'utiliser un avion incliné si ce qu'il voulait, c'était de voir comment les corps sont tombés?

Très simple: car il n'y avait pas de montres appropriées pour mesurer avec précision l'heure d'automne. Puis il a eu un événement brillant: pour rendre cette chute plus lente, "adoucissant" la gravité à travers un appareil.

Étapes de l'expérience

Galileo a effectué la séquence suivante et l'a répétée "environ cent fois" pour être sûr, a-t-il dit dans son livre Dialogues sur deux nouvelles sciences:

-Il a pris un avion en bois tiré d'environ 7 m de long, qui avait commandé un menuisier et l'a placé avec un certain angle d'inclinaison pas très grand.

-Il a laissé tomber une sphère à une certaine distance.

-J'ai mesuré le temps de trajet.

-Répété ce qui précède avec des inclinations croissantes.

Observations de Galileo

Galileo a observé que, quel que soit l'angle d'inclinaison:

-La vitesse de la sphère a augmenté à un rythme constant -Acceler-.

-La distance parcourue était proportionnelle au carré du temps utilisé.

Et il a conclu que cela serait également rempli si la rampe était verticale, ce qui équivaut certainement à une chute libre.

Formule

Si d est la distance et que t est le temps, l'observation de Galileo, sous forme mathématique, peut être résumé en:

D ∝ T²

Aujourd'hui, nous savons que la constante de proportionnalité requise pour établir l'égalité est de ½ g, où g est la valeur de l'accélération de la gravité, pour obtenir:

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D = ½ GT²

La valeur de g acceptée aujourd'hui est 9.81 m / s².

Deux avions inclinés face

Galileo a non seulement laissé les sphères en descendant par l'avion, mais il a également affronté deux avions inclinés pour voir jusqu'où une sphère qui a été laissée pour glisser.

Et il a découvert que la sphère avait réussi à grimper à la même hauteur à partir de laquelle il est parti. Ensuite, l'angle d'inclinaison de l'arrière-plan diminuait, comme le montre la figure inférieure, jusqu'à ce qu'elle soit complètement horizontale.

S'il n'y a pas de frottement, la sphère se déplace indéfiniment. Source: Wikimedia Commons.

Dans tous les cas, la sphère a atteint une hauteur similaire au départ. Et quand l'arrière-plan est devenu horizontal, la sphère pourrait se déplacer indéfiniment, à moins que la friction ne l'arrête lentement.

Contributions des expériences de Galileo

Galileo est considéré, avec Isaac Newton, le père de la physique. Ce sont quelques-unes des contributions à la science de leurs expériences:

-Le concept d'accélération, fondamental dans l'étude de la cinématique des corps, de cette manière Galileo a jeté les fondements du mouvement accéléré, et avec elle celles de la mécanique, qui renforceraient plus tard Isaac Newton avec ses trois lois.

-Il a également souligné l'importance de la force de friction, une force qu'Aristote n'avait jamais considérée.

-Galileo a montré que l'action continue d'une force pour maintenir le mouvement d'un corps n'est pas nécessaire, car en l'absence de frottement, la sphère continue de se déplacer indéfiniment à travers la surface du plan du plan.

Les références

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2. Hewitt, Paul. 2012. Sciences physiques conceptuelles. 5e. Élégant. Pearson.
3. Kirkpatrick, L. 2010. Physique: une vision conceptuelle du monde. 7e. Édition. Cengage.
4. Meléndez, R. 2020. L'expérience que Galileo a faite. Récupéré de: elbierzodigital.com.
5. Pérez, J. 2015. Expériences avec des balles et des plans inclinés. Récupéré de: Culturacientifica.com.
6. Ponce, C. 2016. Galileo Galilei et sa loi sur l'automne libre. Récupéré de: bestiariatopologico.Blogspot.com.