Чөлөөт уналт: нээлтийн түүх ба түүхэн ач холбогдол. Чөлөөт уналтын хуулиудын нээлт Орчин үеийн шинжлэх ухаанд чөлөөт уналтын тухай ойлголт, утга учир

Өөртөө үлдсэн бүх бие дэлхий рүү унадаг гэдгийг мэддэг. Дээш хаясан бие дэлхий рүү буцаж ирдэг. Энэ намар бол дэлхийн таталцлаас үүдэлтэй гэж бид ярьдаг.

Энэ бол бүх нийтийн үзэгдэл бөгөөд зөвхөн энэ шалтгааны улмаас зөвхөн дэлхийн таталцлын нөлөөн дор биетүүдийн чөлөөт уналтын хуулийг судлах нь онцгой анхаарал татаж байна. Гэсэн хэдий ч өдөр тутмын ажиглалтаас харахад хэвийн нөхцөлд бие нь янз бүрийн аргаар унадаг. Хүнд бөмбөг хурдан унадаг, хөнгөн цаас аажмаар, нарийн төвөгтэй зам дагуу унадаг (Зураг 1.80).

Хэвийн нөхцөлд унаж буй биеийн хөдөлгөөний шинж чанар, хурд, хурдатгал нь биеийн таталцал, тэдгээрийн хэмжээ, хэлбэрээс хамаарна.

Туршилтаас харахад эдгээр ялгаа нь хөдөлж буй биед агаарын үйлчлэлээс үүдэлтэй болохыг харуулж байна. Энэхүү агаарын эсэргүүцлийг практикт, жишээлбэл, шүхрээр үсрэх үед ашигладаг. Шүхрийг байрлуулахаас өмнө болон дараа нь шүхэрчин унах нь өөр шинж чанартай байдаг. Шүхрийн нээлт нь хөдөлгөөний мөн чанарыг өөрчилдөг, шүхэрчний хурд, хурдатгал өөрчлөгддөг.

Биеийн ийм хөдөлгөөнийг зөвхөн таталцлын нөлөөн дор чөлөөт уналт гэж нэрлэх боломжгүй гэдгийг хэлэх нь зүйтэй. Хэрэв бид бие махбодийн чөлөөт уналтыг судлахыг хүсч байвал агаарын үйлдлээс бүрэн ангижрах, эсвэл ядаж ямар нэгэн байдлаар биеийн хэлбэр, хэмжээ нь тэдний хөдөлгөөнд үзүүлэх нөлөөг тэгшитгэх ёстой.

Энэ санааг анх гаргасан хүн бол Италийн агуу эрдэмтэн Галилео Галилей юм. 1583 онд Пиза хотод тэрээр ижил диаметртэй хүнд бөмбөлгүүдийн чөлөөт уналтын шинж чанаруудын анхны ажиглалтыг хийж, налуу хавтгайн дагуух биеийн хөдөлгөөний хууль, тэнгэрийн хаяанд өнцгөөр шидэгдсэн биеийн хөдөлгөөнийг судалжээ.

Эдгээр ажиглалтын үр дүн нь Галилейд орчин үеийн механикийн хамгийн чухал хуулиудын нэг болох таталцлын нөлөөн дор байгаа бүх биетүүд ижил хурдатгалтайгаар дэлхий рүү унадаг Галилейгийн хууль гэж нэрлэгддэг хуулийг нээх боломжийг олгосон.

Галилейгийн хуулийн хүчин төгөлдөр байдлыг энгийн туршлагаас тодорхой харж болно. Хэд хэдэн хүнд үрэл, хөнгөн өд, цаасыг урт шилэн хоолойд хийнэ. Хэрэв та энэ хоолойг босоо байрлуулбал эдгээр бүх объектууд өөр өөр аргаар унах болно. Хэрэв хоолойноос агаарыг шахаж гаргавал туршилтыг давтах үед ижил биетүүд яг адилхан унах болно.

Чөлөөт уналтын үед дэлхийн гадаргын ойролцоох бүх биетүүд жигд хурдатгалтайгаар хөдөлдөг. Жишээлбэл, хэрэв та унасан бөмбөгний хэд хэдэн зургийг тогтмол хугацаанд авбал бөмбөгний дараалсан байрлал хоорондын зай нь хөдөлгөөн үнэхээр жигд хурдассан болохыг тодорхойлж болно. Эдгээр зайг хэмжсэнээр таталцлын хурдатгалын тоон утгыг тооцоолоход хялбар байдаг бөгөөд үүнийг ихэвчлэн үсгээр тэмдэглэдэг.

Дэлхийн бөмбөрцгийн янз бүрийн хэсэгт таталцлын нөлөөгөөр хурдатгалын тоон утга ижил биш байна. Энэ нь туйлаас экватор хүртэл харилцан адилгүй байдаг. Уламжлал ёсоор утгыг таталцлын улмаас хурдатгалын "хэвийн" утга гэж авдаг. Бид энэ үнэ цэнийг практик асуудлыг шийдвэрлэхэд ашиглах болно. Ойролцоогоор тооцооллын хувьд бид заримдаа утгыг авч, асуудлын шийдлийн эхэнд үүнийг тусгайлан зааж өгдөг.

Галилейгийн хууль маш чухал. Энэ нь материйн хамгийн чухал шинж чанаруудын нэгийг илэрхийлж, манай Орчлон ертөнцийн бүтцийн олон шинж чанарыг ойлгож, тайлбарлах боломжийг бидэнд олгодог.

Галилейгийн хууль буюу эквивалентийн зарчим нь манай зууны эхээр А.Эйнштейний бүтээсэн бүх нийтийн таталцлын (таталцлын) ерөнхий онолын үндэс суурь болсон юм. Эйнштейн энэ онолыг харьцангуйн ерөнхий онол гэж нэрлэсэн.

Галилейгийн хуулийн ач холбогдлыг мөн унасан биетүүдийн хурдатгалын тэгш байдлыг дөрвөн зуун жилийн турш тасралтгүй, улам бүр нарийвчлалтайгаар баталгаажуулж байгаа нь харуулж байна. Хамгийн сүүлчийн хамгийн алдартай хэмжилтүүдийг Унгарын эрдэмтэн Эотвос, Зөвлөлтийн физикч В.Б.Брагинский нар хийсэн. 1912 онд Эөтвөс таталцлын хурдатгалын тэгш байдлыг найм дахь аравтын бутархайн нарийвчлалтайгаар шалгасан. В.Б.Брагинский 1970-1971 онд орчин үеийн электрон төхөөрөмж ашиглан тоон утгыг тодорхойлохдоо Галилейгийн хуулийн хүчинтэй эсэхийг арван хоёр аравтын бутархайн нарийвчлалтайгаар шалгажээ.

Эртний Грекд механик хөдөлгөөнийг байгалийн болон хүчирхийллийн гэж ангилдаг байв. Биеийн дэлхий рүү унах нь байгалийн хөдөлгөөн гэж тооцогддог байсан бөгөөд энэ нь бие махбодын төрөлхийн "байранд хүрэх" эрмэлзэл юм.
Эртний Грекийн хамгийн агуу гүн ухаантан Аристотелийн (МЭӨ 384-322) үзэл баримтлалын дагуу бие нь дэлхийд хурдан унах тусам түүний масс нь ихэсдэг. Энэ санаа нь анхдагч амьдралын туршлагын үр дүн байв: ажиглалтаас харахад алим, алимны модны навчнууд өөр өөр хурдтайгаар унадаг. Эртний Грекийн физикт хурдатгалын тухай ойлголт байхгүй байсан.
Италийн агуу эрдэмтэн Галилео Галилей (1564 - 1642) анх удаа сүмээс баталсан Аристотелийн эрх мэдлийн эсрэг үг хэлэв.

Галилео 1564 онд Пиза хотод төрсөн. Түүний аав авьяаслаг хөгжимчин, сайн сурган хүмүүжүүлэгч байжээ. Галилео 11 нас хүртлээ сургуульд сурч, дараа нь тухайн үеийн заншлын дагуу хүмүүжил, боловсрол нь хийдэд явав. Энд тэрээр Латин, Грекийн зохиолчдын бүтээлүүдтэй танилцсан.
Нүдний хүнд өвчтэй гэсэн нэрийдлээр аавыг маань аварсан. Галилео хийдийн хананаас түүнийг гэртээ сайн сургаж, хөгжимчин, зохиолч, зураачдыг нийгэмд таниул.
17 настайдаа Галилео Пизагийн их сургуульд элсэн орж, анагаах ухааны чиглэлээр суралцжээ. Энд тэрээр анх Эртний Грекийн физик, ялангуяа Аристотель, Евклид, Архимед нарын бүтээлүүдтэй танилцсан. Архимедийн бүтээлүүдийн нөлөөгөөр Галилео геометр, механикийг сонирхож, анагаах ухааныг орхисон. Тэрээр Пизагийн их сургуулийг орхиж, Флоренц хотод дөрвөн жил математикийн чиглэлээр суралцжээ. Энд түүний анхны шинжлэх ухааны бүтээлүүд гарч ирсэн бөгөөд 1589 онд Галилео эхлээд Пиза хотод, дараа нь Падуа хотод математикийн тэнхимийг хүлээн авав. Галилеогийн амьдралын Падуа эрин үед (1592 - 1610) эрдэмтдийн үйл ажиллагааны хамгийн өндөр цэцэглэлт байсан. Энэ үед биетүүдийн чөлөөт уналтын хуулиуд, харьцангуйн зарчмыг томъёолж, дүүжин хэлбэлзлийн изохронизмыг нээж, дуран бүтээж, олон тооны одон орон судлалын шуугиантай нээлтүүдийг хийсэн (Сарны рельеф, Бархасбадийн дагуулууд, Сүүн замын бүтэц, Сугар гаригийн үе шатууд, нарны толбо).
1611 онд Галилео Ромд уригджээ. Энд тэрээр байгалийг судлах шинэ туршилтын аргыг батлахын тулд сүм хийдийн ертөнцийг үзэх үзлийн эсрэг идэвхтэй тэмцэж эхлэв. Галилео Коперникийн тогтолцоог сурталчилж, улмаар сүмийг өөрийнхөө эсрэг бослого гаргажээ (1616 онд Доминикан ба Иезуитүүдийн тусгай чуулган Коперникийн сургаалийг тэрс үзэлтэй гэж зарлаж, түүний номыг хориглосон хүмүүсийн жагсаалтад оруулсан).
Галилео өөрийн санаагаа нуух ёстой байв. 1632 онд тэрээр "Дэлхийн хоёр системийн тухай яриа" хэмээх гайхалтай ном хэвлүүлсэн бөгөөд энэ номонд тэрээр гурван ярилцагчийн хоорондох хэлэлцүүлэг хэлбэрээр материалист санааг хөгжүүлдэг. Гэсэн хэдий ч "Яриа яриа"-г сүм хийдээс хориглож, зохиолчийг шүүхэд өгч, 9 жилийн турш "Инквизицийн хоригдол" гэж үзжээ.
1638 онд Галилео Голландад "Шинжлэх ухааны хоёр шинэ салбарын харилцан яриа ба математикийн нотолгоо" номыг хэвлүүлж, түүний олон жилийн үр бүтээлтэй үйл ажиллагааг дүгнэжээ.
1637 онд тэрээр сохорсон боловч өөрийн шавь Вивиани, Торричелли нартай эрчимтэй шинжлэх ухааны ажлыг үргэлжлүүлэв. Галилео 1642 онд нас барж, Флоренц дахь Санта Кроче сүмд Микеланджелогийн дэргэд оршуулжээ.

Галилео эртний Грекийн механик хөдөлгөөний ангиллаас татгалзсан. Тэрээр нэгэн жигд ба түргэвчилсэн хөдөлгөөний тухай ойлголтыг анхлан нэвтрүүлж, хөдөлгөөний зай, хугацааг хэмжих замаар механик хөдөлгөөнийг судалж эхэлсэн. Галилейгийн биеийн хөдөлгөөнийг налуу хавтгайд жигд хурдасгах туршилтууд дэлхийн бүх сургуулиудад давтагдсан хэвээр байна.
Галилео биетүүдийн чөлөөт уналтын туршилтын судалгаанд онцгой анхаарал хандуулсан. Түүний Пизагийн налуу цамхаг дээр хийсэн туршилтууд дэлхийд алдартай болсон. Вивианигийн хэлснээр Галилео хагас фунтын бөмбөг, зуун фунтын бөмбөгийг цамхаг дээрээс нэгэн зэрэг шидсэн байна. Аристотелийн бодлоор тэд дэлхийн гадаргуу дээр бараг нэгэн зэрэг хүрч ирэв: бөмбөг бөмбөгөөс хэдхэн инчийн өмнө байв. Галилео энэ ялгааг агаарын эсэргүүцэлтэй холбон тайлбарлав. Энэ тайлбар дараа нь цоо шинэ байсан. Баримт нь Эртний Грекийн үеэс эхлэн бие махбодийн хөдөлгөөний механизмын талаархи дараахь санааг бий болгосон: хөдөлж, бие нь хоосон зай үлдээдэг; байгаль хоосноос айдаг (хоосон байдлаас айдаг гэсэн хуурамч зарчим байсан). Агаар нь хоосон орон зай руу орж, биеийг түлхэж өгдөг. Тиймээс агаар удаашрдаггүй, харин эсрэгээрээ биеийг хурдасгадаг гэж үздэг байв.
Дараа нь Галилео өөр нэг олон зуун жилийн төөрөгдөлийг арилгасан. Хөдөлгөөнийг ямар нэг хүчээр дэмжихгүй бол саад бэрхшээлгүй байсан ч зогсоох ёстой гэж үздэг байсан. Галилео анх удаа инерцийн хуулийг боловсруулсан. Хэрэв бие дээр хүч үйлчилдэг бол түүний үйл ажиллагааны үр дүн нь тухайн бие амарч байна уу эсвэл хөдөлгөөнтэй байна уу гэдгээс хамаарахгүй гэж тэрээр үзсэн. Чөлөөт уналтын үед таталцлын хүч нь биед байнга үйлчилдэг бөгөөд инерцийн хуулийн дагуу нэг удаа үүссэн үйлдэл хадгалагдан үлддэг тул энэ үйлдлийн үр дүнг тасралтгүй нэгтгэдэг. Энэ санаа нь чөлөөт уналтын хуулиудад хүргэсэн түүний логик бүтцийн үндэс суурь юм.
Галилео таталцлын хурдатгалыг том алдаагаар тодорхойлсон. Dialogue-д тэрээр бөмбөг 60 м-ийн өндрөөс 5 секундын турш унасан гэж мэдэгджээ. Энэ нь утгатай тохирч байна g, Жинхэнэ хэмжээнээс бараг тал хувь нь.
Мэдээжийн хэрэг, Галилео үүнийг тодорхойлж чадахгүй байв g, Учир нь тэр секунд хэмжигчгүй байсан. Түүний зохион бүтээсэн элсэн цаг, усны цаг эсвэл дүүжин цаг нь цагийг зөв тогтооход хувь нэмрээ оруулаагүй юм. Чөлөөт уналтын хурдатгалыг зөвхөн Гюйгенс 1660 онд маш нарийн тодорхойлсон.
Хэмжилтийг илүү нарийвчлалтай болгохын тулд Галилео уналтын хурдыг бууруулах арга замыг эрэлхийлэв. Энэ нь түүнийг налуу онгоцтой туршилт хийхэд хүргэсэн.

Арга зүйн тэмдэглэл.Галилейгийн ажлын талаар ярихдаа түүний байгалийн хуулийг тогтоохдоо ашигласан аргын мөн чанарыг оюутнуудад тайлбарлах нь чухал юм. Нэгдүгээрт, тэрээр чөлөөт уналтын хуулиудыг дагаж мөрддөг логик бүтээц хийсэн. Гэхдээ логик барилгын үр дүнг туршлагаар баталгаажуулах шаардлагатай. Зөвхөн онол туршлагатай давхцаж байж л шударга ёс, хуулийн итгэл үнэмшилд хүргэдэг. Үүнийг хийхийн тулд та хэмжилт хийх хэрэгтэй. Галилео онолын сэтгэлгээний хүчийг туршилтын урлагтай эв найртай хослуулсан. Хөдөлгөөн маш хурдан бөгөөд цаг хугацааны жижиг интервалыг тоолох хэрэгсэл байхгүй бол чөлөөт уналтын хуулийг хэрхэн шалгах вэ.
Галилео налуу хавтгай ашиглан уналтын хурдыг бууруулдаг. Үрэлтийг багасгахын тулд илгэн цаасаар доторлогоотой самбар дээр ховил хийсэн. Өнгөлсөн гуулин бөмбөлөг гангаар урсав. Хөдөлгөөний цагийг нарийн хэмжихийн тулд Галилео дараахь зүйлийг гаргаж ирэв. Нимгэн горхи урсдаг устай том савны ёроолд нүх гаргажээ. Тэр өмнө нь жигнэж байсан жижиг хөлөг онгоцонд очив. Хугацааг хөлөг онгоцны жингийн өсөлтөөр хэмжсэн! Налуу онгоцны уртын хагас, дөрөвний нэг гэх мэтээс бөмбөгийг хөөргөхөд Галилео аялсан замыг хөдөлгөөний цаг хугацааны квадрат гэж үздэг болохыг тогтоожээ.
Галилеогийн эдгээр туршилтуудыг давтах нь сургуулийн физикийн дугуйланд ашигтай ажлын сэдэв болж чадна.

Эртний Грекд механик хөдөлгөөнийг байгалийн болон хүчирхийллийн гэж ангилдаг байв. Биеийн дэлхий рүү унах нь байгалийн хөдөлгөөн гэж тооцогддог байсан бөгөөд энэ нь бие махбодийн "байршил руу тэмүүлэх" шинж чанар юм.

Эртний Грекийн хамгийн агуу гүн ухаантан Аристотелийн (МЭӨ 384-322) үзэл баримтлалын дагуу бие нь дэлхийд хурдан унах тусам масс нь ихэсдэг. Энэ санаа нь анхдагч амьдралын туршлагын үр дүн байв: ажиглалтаас харахад алим, алимны модны навчнууд өөр өөр хурдтайгаар унадаг. Эртний Грекийн физикт хурдатгалын тухай ойлголт байхгүй байсан.

Галилео 1564 онд Пиза хотод төрсөн. Түүний аав авьяаслаг хөгжимчин, сайн сурган хүмүүжүүлэгч байжээ. Галилео 11 нас хүртлээ сургуульд сурч, дараа нь тухайн үеийн заншлын дагуу хүмүүжил, боловсрол нь хийдэд явав. Энд тэрээр Латин, Грекийн зохиолчдын бүтээлүүдтэй танилцсан.

Аав маань нүдний хүнд өвчин гэх нэрийдлээр Галилейг хийдийн хананаас чөлөөлж, гэртээ сайн боловсрол эзэмшүүлж, хөгжимчин, зохиолч, зураачдыг нийгэмд нэвтрүүлж чадсан.

17 настайдаа Галилео Пизагийн их сургуульд элсэн орж, анагаах ухааны чиглэлээр суралцжээ. Энд тэрээр анх Эртний Грекийн физик, ялангуяа Аристотель, Евклид, Архимед нарын бүтээлүүдтэй танилцсан. Архимедийн бүтээлүүдийн нөлөөгөөр Галилео геометр, механикийг сонирхож, анагаах ухааныг орхисон. Тэрээр Пизагийн их сургуулийг орхиж, Флоренц хотод дөрвөн жил математикийн чиглэлээр суралцжээ. Энд түүний анхны шинжлэх ухааны бүтээлүүд гарч ирсэн бөгөөд 1589 онд Галилео эхлээд Пиза хотод, дараа нь Падуа хотод математикийн тэнхимийг хүлээн авав. Галилейгийн амьдралын Падуа эрин үед (1592-1610) эрдэмтний үйл ажиллагааны хамгийн өндөр цэцэглэлт байсан. Энэ үед биетүүдийн чөлөөт уналтын хуулиуд, харьцангуйн зарчмыг томъёолж, дүүжин хэлбэлзлийн изохронизмыг нээж, дуран бүтээж, олон тооны одон орон судлалын шуугиантай нээлтүүдийг хийсэн (Сарны рельеф, Бархасбадийн дагуулууд, Сүүн замын бүтэц, Сугар гаригийн үе шатууд, нарны толбо).

1611 онд Галилео Ромд уригджээ. Энд тэрээр байгалийг судлах шинэ туршилтын аргыг батлахын тулд сүм хийдийн ертөнцийг үзэх үзлийн эсрэг идэвхтэй тэмцэж эхлэв. Галилео Коперникийн тогтолцоог сурталчилж, улмаар сүмийг өөрийнхөө эсрэг бослого гаргажээ (1616 онд Доминикан ба Иезуитүүдийн тусгай чуулган Коперникийн сургаалийг тэрс үзэлтэй гэж зарлаж, түүний номыг хориглосон хүмүүсийн жагсаалтад оруулсан).

Галилео өөрийн санаагаа нуух ёстой байв. 1632 онд тэрээр "Дэлхийн хоёр системийн яриа хэлэлцээ" хэмээх гайхалтай номоо хэвлүүлж, түүнд гурван ярилцагчийн хоорондох хэлэлцүүлэг хэлбэрээр материалист санааг хөгжүүлдэг. Гэсэн хэдий ч "Яриа яриа"-г сүм хийдээс хориглож, зохиолчийг шүүхэд өгч, 9 жилийн турш "Инквизицийн хоригдол" гэж үзжээ.

Галилео 1638 онд Голландад "Шинжлэх ухааны хоёр шинэ салбарын харилцан яриа ба математикийн нотолгоо" номыг хэвлүүлж, олон жилийн үр бүтээлтэй үйл ажиллагаагаа дүгнэжээ.

1637 онд тэрээр хараагүй болсон ч өөрийн шавь Вивиани, Торричелли нартай эрчимтэй шинжлэх ухааны ажлыг үргэлжлүүлэв. Галилео 1642 онд нас барж, Флоренц дахь Санта Кроче сүмд Микеланджелогийн дэргэд оршуулжээ.

Галилео эртний Грекийн механик хөдөлгөөний ангиллаас татгалзсан. Тэрээр нэгэн жигд ба түргэвчилсэн хөдөлгөөний тухай ойлголтыг анхлан нэвтрүүлж, хөдөлгөөний зай, хугацааг хэмжих замаар механик хөдөлгөөнийг судалж эхэлсэн. Галилейгийн биеийн хөдөлгөөнийг налуу хавтгайд жигд хурдасгах туршилтууд дэлхийн бүх сургуулиудад давтагдсан хэвээр байна.

Галилео биетүүдийн чөлөөт уналтын туршилтын судалгаанд онцгой анхаарал хандуулсан. Түүний Пизагийн налуу цамхаг дээр хийсэн туршилтууд дэлхийд алдартай болсон. Вивианигийн хэлснээр Галилео хагас фунтын бөмбөг, зуун фунтын бөмбөгийг цамхаг дээрээс нэгэн зэрэг шидсэн байна. Үзэл бодлын эсрэг. Аристотель, тэд дэлхийн гадаргуу дээр бараг нэгэн зэрэг хүрч ирэв: бөмбөг бөмбөгөөс хэдхэн инчийн өмнө байв. Галилео энэ ялгааг агаарын эсэргүүцэлтэй холбон тайлбарлав. Энэ тайлбар дараа нь цоо шинэ байсан. Баримт нь Эртний Грекийн үеэс хойш бие махбодийн хөдөлгөөний механизмын тухай дараахь ойлголт бий болсон: хөдөлж, бие нь хоосон зай үлдээдэг; байгаль хоосноос айдаг (хоосон байдлаас айдаг гэсэн хуурамч зарчим байсан). Агаар нь хоосон орон зай руу орж, биеийг түлхэж өгдөг. Тиймээс агаар удаашрдаггүй, харин эсрэгээрээ биеийг хурдасгадаг гэж үздэг байв.

Дараа нь Галилео өөр нэг олон зуун жилийн төөрөгдөлийг арилгасан. Хөдөлгөөнийг ямар нэг хүчээр дэмжихгүй бол саад бэрхшээлгүй байсан ч зогсоох ёстой гэж үздэг байсан. Галилео анх удаа инерцийн хуулийг боловсруулсан. Хэрэв бие дээр хүч үйлчилдэг бол түүний үйл ажиллагааны үр дүн нь тухайн бие амарч байна уу эсвэл хөдөлгөөнтэй байна уу гэдгээс хамаарахгүй гэж тэрээр үзсэн. Чөлөөт уналтын үед таталцлын хүч нь биед байнга үйлчилдэг бөгөөд инерцийн хуулийн дагуу нэг удаа үүссэн үйлдэл хадгалагдан үлддэг тул энэ үйлдлийн үр дүнг тасралтгүй нэгтгэдэг. Энэ санаа нь чөлөөт уналтын хуулиудад хүргэсэн түүний логик бүтцийн үндэс суурь юм.

Галилео таталцлын хурдатгалыг том алдаагаар тодорхойлсон. Dialogue-д тэрээр бөмбөг 60 м-ийн өндрөөс 5 секундын турш унасан гэж мэдэгджээ. Энэ нь жинхэнэ утгын бараг тал хувьтай тэнцэх g утгатай тохирч байна.

Галилео секунд хэмжигчгүй тул g-г нарийн тодорхойлж чадаагүй нь ойлгомжтой. Түүний зохион бүтээсэн элсэн цаг, усны цаг эсвэл дүүжин цаг нь цагийг зөв тогтооход хувь нэмрээ оруулаагүй юм. Чөлөөт уналтын хурдатгалыг зөвхөн Гюйгенс 1660 онд маш нарийн тодорхойлсон.

Хэмжилтийг илүү нарийвчлалтай болгохын тулд Галилео уналтын хурдыг бууруулах арга замыг эрэлхийлэв. Энэ нь түүнийг налуу онгоцтой туршилт хийхэд хүргэсэн.

Арга зүйн тэмдэглэл... Галилейгийн ажлын талаар ярихдаа түүний байгалийн хуулийг тогтоохдоо ашигласан аргын мөн чанарыг оюутнуудад тайлбарлах нь чухал юм. Нэгдүгээрт, тэрээр чөлөөт уналтын хуулиудыг дагаж мөрддөг логик бүтээц хийсэн. Гэхдээ логик барилгын үр дүнг туршлагаар баталгаажуулах шаардлагатай. Зөвхөн онол нь туршлагатай давхцах нь хуулийн шударга ёсны итгэл үнэмшилд хүргэдэг. Үүнийг хийхийн тулд та хэмжилт хийх хэрэгтэй. Галилео онолын сэтгэлгээний хүчийг туршилтын урлагтай эв найртай хослуулсан. Хөдөлгөөн маш хурдан бөгөөд жижиг хугацааны интервалыг тоолох хэрэгсэл байхгүй бол чөлөөт уналтын хуулийг хэрхэн шалгах вэ?

Галилео налуу хавтгай ашиглан уналтын хурдыг бууруулдаг. Үрэлтийг багасгахын тулд илгэн цаасаар доторлогоотой самбар дээр ховил хийсэн. Өнгөлсөн гуулин бөмбөлөг гангаар урсав. Хөдөлгөөний цагийг нарийн хэмжихийн тулд Галилео дараахь зүйлийг гаргаж ирэв. Нимгэн горхи урсдаг устай том савны ёроолд нүх гаргажээ. Тэр өмнө нь жигнэж байсан жижиг хөлөг онгоцонд очив. Хугацааг хөлөг онгоцны жингийн өсөлтөөр хэмжсэн! Хагас, дөрөвний нэг гэх мэт бөмбөгийг хөөргөх. налуу хавтгайн уртыг Галилео туулсан замуудыг хөдөлгөөний цаг хугацааны квадрат гэж үздэг болохыг тогтоожээ.

Галилеогийн эдгээр туршилтуудыг давтах нь сургуулийн физикийн дугуйланд ашигтай ажлын сэдэв болж чадна.

Таталцал нь холбооноос ангижирсан биетүүдийг дэлхийн гадаргуу дээр унадаг гэдгийг бид өдөр тутмын амьдралаас мэддэг. Жишээлбэл, утсанд өлгөөтэй ачаалал хөдөлгөөнгүй унжиж, утас таслагдсан даруйдаа босоо доошоо унаж, хурдаа аажмаар нэмэгдүүлж эхэлдэг. Дэлхийн таталцлын нөлөөгөөр босоо тэнхлэгт дээш шидэгдсэн бөмбөг эхлээд хурдаа бууруулж, хэсэг зуур зогсоод доошоо унаж эхэлдэг ба хурд нь аажмаар нэмэгддэг. Таталцлын нөлөөн дор босоо доошоо шидсэн чулуу мөн аажмаар хурдаа нэмэгдүүлнэ. Биеийг мөн тэнгэрийн хаяанд эсвэл хэвтээ байдлаар шидэж болно ...

Ихэнхдээ бие нь агаарт унадаг тул дэлхийн таталцлаас гадна агаарын эсэргүүцэлд нөлөөлдөг. Мөн энэ нь ач холбогдолтой байж болно. Жишээлбэл, хоёр ижил хуудас цаас аваад, тэдгээрийн нэгийг нь үрчийлгээд, хоёр хуудсыг нэг өндрөөс нэгэн зэрэг унагаацгаая. Хэдийгээр таталцлын хүч нь хоёр навчны хувьд адилхан боловч үрчийсэн навч газарт илүү хурдан хүрч байгааг бид харах болно. Учир нь түүний агаарын эсэргүүцэл нь үрчлээгүй навчныхаас бага байдаг. Агаарын эсэргүүцэл нь унадаг биетүүдийн хуулиудыг гажуудуулдаг тул эдгээр хуулиудыг судлахын тулд эхлээд агаарын эсэргүүцэл байхгүй үед биеийн уналтыг судлах хэрэгтэй. Биеийн уналт агааргүй орон зайд тохиолдвол энэ нь боломжтой юм.

Агааргүй үед хөнгөн ба хүнд биетүүд адилхан унах эсэхийг шалгахын тулд та Ньютоны хоолойг ашиглаж болно. Энэ нь нэг метр орчим урттай зузаан ханатай хоолой бөгөөд нэг төгсгөл нь битүүмжлэгдсэн, нөгөө нь цорготой байдаг. Уг хоолой нь үрэл, хөөсөн хөвөн хэсэг, хөнгөн өд гэсэн гурван биетэй. Хэрэв хоолойг хурдан эргүүлбэл үрэл нь хамгийн хурдан унаж, дараа нь хөвөн, сүүлчийн өд нь хоолойн ёроолд хүрнэ. Хоолойд агаар байх үед бие нь ингэж унадаг. Одоо бид хоолойноос агаарыг шахуургаар шахаж, шахсны дараа хавхлагыг хааж, хоолойг дахин эргүүлэхэд бүх бие нь ижил хурдтай унаж, хоолойн ёроолд бараг нэгэн зэрэг хүрч байгааг харах болно.

Зөвхөн таталцлын нөлөөгөөр агааргүй орон зайд биес унахыг чөлөөт уналт гэж нэрлэдэг.

Хэрэв агаарын эсэргүүцлийн хүч нь таталцлын хүчтэй харьцуулахад үл тоомсорлодог бол биеийн хөдөлгөөн нь чөлөөтэйд маш ойрхон байдаг (жишээлбэл, жижиг, хүнд, гөлгөр бөмбөг унах үед).

Дэлхийн гадаргуугийн ойролцоох бие бүрт үйлчлэх таталцлын хүч тогтмол байдаг тул чөлөөтэй унаж буй бие нь тогтмол хурдатгалтай, өөрөөр хэлбэл жигд хурдасгах ёстой (энэ нь Ньютоны хоёр дахь хуулиас үүдэлтэй). Энэ хурдатгал гэж нэрлэдэг таталцлын хурдатгал мөн үсгээр тэмдэглэнэ. Энэ нь дэлхийн төв рүү босоо доошоо чиглэсэн байдаг. Дэлхийн гадаргуугийн ойролцоох таталцлын хурдатгалын утгыг томъёогоор тооцоолж болно
(томъёог бүх нийтийн таталцлын хуулиас авсан болно), g= 9.81 м / с 2.

Чөлөөт уналтын хурдатгал нь таталцлын адил дэлхийн гадаргуугаас дээш өндрөөс хамаарна (
), дэлхийн хэлбэр дээр (Дэлхий туйлуудаас хавтгайрсан тул туйлын радиус нь экваторынхаас бага, туйл дахь таталцлын хурдатгал нь экваторынхаас их байна: g П = 9.832 м / с 2 , г аан = 9.780 м / с 2 ) болон нягт шороон чулуулгийн ордуудаас. Орд газруудад, жишээлбэл, төмрийн хүдэрт дэлхийн царцдасын нягт илүү их, таталцлын хурдатгал илүү их байдаг. Газрын тосны орд газар хаана байна, gбага. Үүнийг геологичид ашигт малтмал хайхад ашигладаг.

Хүснэгт 1.Дэлхий дээрх янз бүрийн өндөрт чөлөөт уналтын хурдатгал.

Хүснэгт 2.Зарим хотуудад чөлөөт уналтын хурдатгал.

Дэлхийн гадаргын ойролцоо чөлөөт уналтын хурдатгал ижил байдаг тул биеийн чөлөөт уналт нь жигд хурдассан хөдөлгөөн юм. Тиймээс үүнийг дараахь хэллэгээр тодорхойлж болно.
болон
... Энэ тохиолдолд дээшээ хөдөлж байх үед биеийн хурдны вектор ба таталцлын хурдатгалын векторууд эсрэг чиглэлд чиглэгддэг тул тэдгээрийн төсөөлөл өөр өөр тэмдэгтэй байдаг. Доош хөдлөхөд биеийн хурдны вектор ба таталцлын хурдатгалын вектор нэг чиглэлд чиглэгддэг тул тэдгээрийн проекц нь ижил тэмдэгтэй байна.

Хэрэв биеийг давхрага руу эсвэл хэвтээ байдлаар шидвэл түүний хөдөлгөөнийг босоо болон хэвтээ чиглэлд жигд хурдасгах гэсэн хоёр хэсэгт хувааж болно. Дараа нь биеийн хөдөлгөөнийг тодорхойлохын тулд өөр хоёр тэгшитгэл нэмэх шаардлагатай. v х = v 0 х болон с х = v 0 х т.

Томъёонд орлуулах
Дэлхийн масс ба радиусын оронд бусад гариг ​​эсвэл түүний дагуулын масс ба радиусыг харгалзан эдгээр селестиел биетүүдийн аль нэгний гадаргуу дээрх таталцлын хурдатгалын ойролцоо утгыг тодорхойлох боломжтой.

Хүснэгт 3.Зарим гадаргуу дээр чөлөөт уналтын хурдатгал

селестиел биетүүд (экваторын хувьд), м / с 2.

Ньютон Галилео шиг механик хөдөлгөөний талаарх судалгаагаа судалж эхэлсэн Биеийн уналтын хууль, гэхдээ түүний даалгавар аль хэдийн арай хялбар байсан. Ньютон Галилеогийн мөрөөдөж чадах агаарын шахуургатай байсан.

Галилео Пизагийн налуу цамхгаас төмөр бөмбөг шидэж туршилтаа хийсэн (дэлгэрэнгүй :). Ньютон урт шилэн хоолой авч, нэг үзүүрийг нь битүүмжилж, дотор нь жижиг үйсэн хэсэг, үрэл хийж, хоолойг агаарын шахуургатай холбосон. Шахуурга нь агаарын ихэнх хэсгийг зайлуулсан.

Эрдэмтэн хоолойн нөгөө үзүүрийг битүүмжилжээ. Мөн үйсэн хэсэг бүхий үрэл нь маш ховордсон агаарын орон зайд үлджээ. Ньютон хоолойг нэг үзүүрээр нь эргүүлж, дараа нь нөгөө үзүүрээр нь үйсэн хэсэг, үрэл ижил хурдтайгаар доош унав. Тиймээс янз бүрийн жинтэй биетүүд хоосон байдалд ижил хурдтай унадаг гэдгийг батлах боломжтой байв. Одоо эдгээр энгийн төхөөрөмжүүд - " Ньютон хоолой"- сургууль бүрт байдаг.

Унах хурд нь жингээс хамаардаггүй

Уналтын хурд нь жингээс хамаардаггүй. Унаж буй биетүүд жингүй байдаг (илүү:) гэж Галилео хэлэв. Энэ нь жин нь бүх объект, бодисын үндсэн шинж чанар биш гэдгийг Ньютон дүгнэв. Аливаа эд зүйл хэвтэж, өлгөөтэй байх үед л жинтэй байдаг бөгөөд унахдаа жингээ хасдаг.

Жин гэж юу вэ

Ньютоны өмнөх хүмүүсийн нэг Францын философич-математикч Рене Декарт жин- Энэ бол аливаа юмсыг газар дээр нь эсвэл хэвтэж буй тавцан дээр тавьдаг дарамт юм. Ньютон Галилейгийн хувинтай хийсэн туршилтуудыг дурсав. Усыг нэг хувингаас нөгөө хувин руу цутгаж байх хооронд тэдний нийт жин өмнөхөөсөө бага байсан - унаж буй ус чөлөөтэй хөдөлж, юу ч түүнийг зогсоосонгүй, уналтын үеэр үнэхээр жингүй байв.

Доод хувин дотор бүх ус ормогц жингийн тэнцвэр сэргэв. Энэ нь Ньютоныг бас гайхшруулаагүй. Доод хувин дээр бүх ус хуримтлагдсан тул түүний ёроолд байгаа даралт нь хоёр хувин дахь усны даралтын нийлбэртэй яг тэнцүү байх ёстой. Ус буцаад жингээ авах шиг болов.

Бие яагаад индэр дээр дардаг вэ?

Гэхдээ бие яагаад индэр дээр дардаг вэ?? Декарт үүнийг мэдээгүй. Жин аваад пүрш дээр өлгө. Хавар сунах болно. Одоо энэ жинг арилгаж, хаврын дэгээг гараараа шүүрч авцгаая. Бид хүч хэрэглэснээр пүршийг жингээрээ сунгасан шигээ сунгаж чадна. Данхны жин, гарны хүч нь хавар дээр ижил нөлөө үзүүлдэг. Энэ нь тулгуур дээр байгаа биеийн даралтын шалтгаан - жин нь ямар нэгэн хүч юм гэсэн үг юм. Үүнийг Ньютон тодорхойлсон.

Бүх нийтийн таталцлын хууль

Энэ бөмбөрцөг нь данх болон бусад биетүүдийг өөртөө татдаг. Бид хаа сайгүй, хаа сайгүй энэ үзэгдлийг ажиглаж, таталцал гэж нэрлэдэг. Галилео мөн судалгаанд оролцсон. Том жижиг бүх бие бие биедээ татагдаж, дуулгавартай байдаг таталцлын хууль, Ньютон нээсэн... Тиймээс жин гэдэг нь Дэлхийд татагдсан объектууд тэднийг барьж буй тулгуур дээр дарах хүч юм. Жин бол таталцлын нэг илрэл юм. Ньютон Галилео Галилейгийн санаачилсан биетүүдийн уналтын хуулийг логик дүгнэлтэд хүргэж чадсан.