Сила важкості
Вивченням таких фізичних понять, як сила тяжкості і прискорення вільного падіння займався Галілей. Він звернув увагу на те, що всяке тіло, що падає, спочатку летить повільно, а потім все швидше і швидше — його рух прискорюється.
Досліди Галілея
Вчений хотів виміряти, наскільки саме прискорюється падіння, тобто на скільки зростає що секунди швидкість падаючого предмета. Але як провести такі виміри? Скидати кульки з високої вежі марно, (докладніше: Галілей про вільне падіння тіл): вони падають надто швидко, а вимірювати короткі проміжки часу Галілею не було чим — годин-секундомірів тоді не існувало.
Досліди Галілея полягали в тому, що вчений вирішив уповільнити падіння так, щоб воно стало доступним виміру з його мізерними засобами. Нехай, вирішив Галілей, кулька скочується похилому жолобку. Якщо нахил невеликий, кулька покотиться так повільно, що можна встигнути простежити за зміною його швидкості.
Галілей узяв дошку завтовшки три пальці і довжиною дванадцять ліктів (на наші заходи це приблизно сім метрів), поставив її на ребро і вздовж всієї дошки вирізав жолобок. Жолобок він обклеїв найгладшим пергаментом, а пергамент старанно випрасував і відполірував, щоб невелика бронзова кулька котилася по жолобку без перешкод.
Однак для вимірювань все одно йому потрібний був годинник. Деяка подоба годинника тоді була, але з дуже недосконалим механізмом. Сучасник Галілея — астроном Тихо Браге купив для своєї обсерваторії механічний годинник, але майже не користувався ним. Вони були надзвичайно примхливі і ненадійні.
Галілей виготовив саморобний водяний годинник
Словом, годинника Галілей не мав. Така перешкода,звісно, не могло його зупинити.Галілей виготовив саморобний водяний годинник. Взяв відро, просвердлив у його днищі отвір і підставив склянку. У відро Галілей налив води, а дірочку заткнув.
Під час дослідів учений однією рукою пускав кульку по жолобу, а іншою керував своїм годинником: пустить кульку і відкриє отвір, а як тільки кулька докотиться до наміченої риси, затикає дірочку і прибирає склянку з водою, що набігла в неї. Галілей зважував склянку і за кількістю води, що зібралася в ньому, визначав проміжки часу. Він жартома казав:
— Мої секунди мокрі, але я можу їх зважувати.
Звісно, за такого способу вимірювання часу дуже легко було помилитися. Щоб зменшити величину можливої помилки, Галілей кожен досвід повторював по кілька разів, намагаючись натренуватися так, щоб якнайшвидше відкривати і закривати дірочку у відрі з водою. У цій клопіткій справі вчений набув великої вправності.
Спочатку Галілей пускав кульку з верхнього кінця похилого жолоба так, щоб він прокотився по всій його довжині. Води в цьому випадку набиралася повна склянка. Потім Галілей розмітив жолобок по довжині на чотири рівні частини і став помічати час, протягом якого кулька пробігала лише четверту частину всього шляху. Води при цьому набиралося лише півсклянки — рівно вдвічі менше, ніж у першому випадку.
Потім учений скочував кульку з середини жолоба, тобто давав йому пробігти половину шляху, і знову зважував воду, що набігла.
Галілей зробив кілька сотень таких дослідів і переконався, що падіння кульки по похилому жолобу не просто прискорений рух, а рівномірно-прискорений:
— Швидкість падіння кульки зростає рівномірно — вона кожну секунду прибуває, так би мовити, однаковими порціями. Вільне падінняпредметів відбувається за тим самим законом.
Однак точно виміряти, наскільки зростає швидкість предметів, що падають, самому Галілею так і не вдалося — він припустився помилки, що зменшила величину прискорення рівно вдвічі. Цю помилку Галілея виправили інші вчені. Тепер встановлено, що тіло, що вільно падає, за одну секунду прискорює свій рух на 9,81 метра в секунду. Розмір 9,81 метра в секунду називається прискоренням вільного падіння під впливом сили тяжіння.