Реферат: Галилео Галилей

/>

В годы детства и юности Галилеяпрактически безраздельно господствовали представления, сформировавшиеся еще вовремена античности. Некоторые из них, например, геометрия Евклида и статикаАрхимеда, сохранили свое значение и в наши дни. Большой багаж накопили инаблюдения астрономов, приведшие к возникновению прогрессивной для своеговремени системы мира Птолемея (2 в. н. э.). Однако многие положения античнойнауки, обретшие со временем статус непререкаемых догм, не выдержали испытаниявременем и оказались отвергнутыми, когда главным арбитром в науке был признанопыт.

В первую очередь, это относится к механикеАристотеля и многим другим его естественнонаучным представлениям. Именно этиошибочные положения стали фундаментом официального “идеологического кредо”, итребовались не только способности к независимому мышлению, но и простомужество, чтобы выступить против него. Одним из первых на это отважился ГалилеоГалилей.

Галилей происходил из знатной, нообедневшей дворянской семьи. Его отец, музыкант и математик, хотел, чтобы сынстал врачом, и в 1581, после окончания монастырской школы, определил его намедицинский факультет Пизанского университета. Но медицина не увлекаласемнадцатилетнего юношу. Оставив университет, он уехал во Флоренцию ипогрузился в самостоятельное изучение сочинений Евклида и Архимеда. По советупрофессора философии Риччи и уступая просьбам сына, отец Галилео перевел его нафилософский факультет, где более углубленно изучались философия и математика.

В детские годы Галилей увлекался конструированиеммеханических игрушек, мастерил действующие модели машин, мельниц и кораблей.Как рассказывал впоследствии его ученик Вивиани, Галилей еще в юности отличалсяредкой наблюдательностью, благодаря которой сделал свое первое важное открытие:наблюдая качания люстры в Пизанском соборе, установил закон изохронностиколебаний маятника (независимость периода колебаний от величины отклонения).Некоторые исследователи подвергают сомнению рассказ Вивиани об обстоятельствахэтого открытия, но достоверно известно, что Галилей не только проверял этотзакон на опытах, но и использовал его для определения промежутков времени, что,в частности, было восторженно принято медиками.

Умение наблюдать и делать выводы из увиденного всегда отличалоГалилея. Еще в молодости он понял, что “… явления природы, как бынезначительны, как бы во всех отношениях маловажны ни казались, не должны бытьпрезираемы философом, но все должны быть в одинаковой мере почитаемы. Природадостигает большого малыми средствами, и все ее проявления одинаковоудивительны”. По существу, это высказывание можно считать декларациейэкспериментального подхода Галилея к изучению явлений природы.

В 1586 Галилей публикует описание сконструированных имгидростатических весов, предназначенных для измерения плотности твердых тел иопределения центров тяжести. Эта, как и другие его работы, оказываетсязамеченной. Результатом этого периода жизни Галилея были небольшое сочинение«Маленькие весы» (1586, изд. 1655), в котором описаны построенные Галилеем гидростатическиевесы для быстрого определения состава металлических сплавов, и геометрическоеисследование о центрах тяжести телесных фигур. Эти работы принесли Галилеюпервую известность среди итальянских математиков.

 У него появляются влиятельные покровители,и благодаря их протекции он получает в 1589 место профессора в Пизанскомуниверситете (правда, с минимальным окладом).

Начав читать лекции по философии иматематике в университете, Галилей оказался перед непростым выбором. С однойстороны обретшие статус нерушимых догм воззрения Аристотеля, с другой- плодысобственных размышлений и, что еще важнее, опыта. Аристотель утверждал, чтоскорость падения тел пропорциональна их весу. Это утверждение уже вызывалосомнения, а проведенные Галилеем в присутствии многочисленных свидетелейнаблюдения за падением с Пизанской башни шаров различного веса, но одинаковыхразмеров, наглядно опровергали его. Аристотель учил, что различным теламприсуще различное “свойство легкости”, отчего одни тела падают быстрее других, чтопонятие покоя абсолютно, что для того, чтобы тело двигалось, его постояннодолжен подталкивать воздух, а следовательно, движение тел свидетельствует оботсутствии пустоты.

Уже в 1590, через год после начала работыв Пизе, Галилей пишет трактат “О движении”, в котором выступает с резкимивозражениями против воззрений перипатетиков (последователей Аристотеля). Это немогло не вызвать резко неодобрительного отношения к нему со стороныпредставителей казенной схоластической науки. Кроме того, Галилей в то времябыл сильно стеснен в средствах, и потому был рад получить (опять благодарясвоему покровителю) приглашение правительства Венецианской республики на работув университет в Падую.

Переход в 1592 в Падуанский университет,где Галилей занял кафедру математики, ознаменовал собой начало плодотворнейшегопериода в его жизни. Здесь он вплотную подходит к изучению законов динамики,исследует механические свойства материалов, изобретает первый из физическихприборов для исследования тепловых процессов термоскоп, совершенствуетподзорную трубу и первым догадывается использовать ее для астрономическихнаблюдений, здесь становится самым активным и авторитетным сторонником системыКоперника, обретая благодарность и уважение потомков и активную враждебностьмногочисленных современников.

Важнейшимдостижением Галилея в динамике было создание принципа относительности, ставшегоосновой современной теории относительности. Решительно отказавшись отпредставлений Аристотеля о движении, Галилей пришел к выводу, что движение (имеютсяв виду только механические процессы) относительно, то есть нельзя говорить одвижении, не уточнив, по отношению к какому “телу отсчета” оно происходит;законы же движения безотносительны, и поэтому, находясь в закрытой кабине (онобразно писал “в закрытом помещении под палубой корабля”), нельзя никакимиопытами установить, покоится ли эта кабина или же движется равномерно ипрямолинейно (“без толчков”, по выражению Галилея).

УГалилео  Галилея  впервые связь космологии с наукой о движении приобрела осознанныйхарактер, что и стало основой создания научной механики. Первоначально (до 1610г.) Галилеем были открыты законы механики, но первые публикации и трагическиемоменты его жизни были связаны с   менее оригинальными работами по космологии. Галилейпервым отчетливо понимал два аспекта физики Архимеда: поиск простых и общихматематических законов и эксперимент, как  основа подтверждения этих законов.

Изобретениев 1608 году голландцем Хансом Липперсхеем, изготовителем очков, телескопа(правда, не предназначавшегося для астрономических целей), дало возможность Галилею,усовершенствовав его, в январе 1610 года «открыть новую астрономическуюЭру».

/>
 ТелескопГалилео  Галилея.

/>
Подзорнаятруба Галилео Галилея.

/>
Первыйтермометр изобрел Галилей.

Оказалось,что Луна покрыта горами, Млечный путь состоит из звезд, Юпитер окружен четырьмяспутниками и т.д. «Аристотелевский мир» рухнул окончательно. Галилейспешит с публикацией увиденного в своем «Звездном вестнике», которыйвыходит в марте 1610 г. Книга написана на латыни и была предназначена дляученых.

В1632 г. во Флоренции была напечатана наиболее известная работа Галилея, послужившаяповодом для  процесса над ученым. Ее полное название -  «Диалог ГалилеоГалилея Линчео, Экстраординарного Математика Пизанского университета и ГлавногоФилософа и Математика Светлейшего Великого Герцога Тосканского, где в четырехдневных беседах ведется обсуждение двух Основных Систем Мира, Птолемеевой иКоперниковой и предполагаются неокончательные философские и физическиеаргументы как с одной, так и с другой стороны».

/>

Титульный лист«Диалогов».

Из нижеследующего фрагмента“Диалога...” видно, какое значение придавал Галилей принципу непрерывностидвижения, сформулированному еще в XVI веке Николаем Оремом:

“Сагредо: Итак, веришь,что камень, пребывавший в покое и начавший свое естественное движение к центруземли, проходит через все степени медленности прежде чем достичь какой-либостепени быстроты?

Сальвиатти: Верую, болеетого, настолько твердо в этом убежден, что, без сомнения, смогу убедить и тебя.

Сагредо: Если бы никакогодругого плода я не извлек из сегодняшней беседы, кроме познания этой вещи,считал бы себя достаточно вознагражденным”.

Любопытно такжепосмотреть, как теперь, спустя много лет после написания своих ранних трудов,относится Галилей к учению о неизменности неба:

“Симпличио: Таким образом,на земле постоянно происходят рождения, уничтожения, изменения и т.п., коихникогда ни наши чувства, ни предание и память наших предков не замечали на небе.Следовательно, небеса неизменны.

Сальвиатти:[...] Необходимо тогда, чтобы ты Китай иАмерику считал небесными телами. Ибо и там ты, конечно же, никогда не наблюдалникаких изменений, которые наблюдаешь здесь в Италии, так что из твоегорассуждения выходит, что эти части мира сами являются неизменными[...] Видишь,что сам случай помог обнаружить ложность твоего аргумента. Ибо если ты скажешь,что изменения, которые наблюдаются на нашей части земли, нельзя наблюдать вАмерике по причине большого расстояния до нее, то тем в меньшей степени можешьувидеть эти изменения на Луне, в сотни раз более удаленной от нас. Поэтому изтого, что ты не замечаешь на небе никаких изменений, которые даже если бы онитам были и величайшие, не можешь заметить по причине чрезвычайно большогорасстояния, то также и из того, что никакие наши посланцы туда не доходят,потому что и дойти не могут, не можешь делать вывод, что там нет никакихизменений”.

 

Еще один фрагмент из “Диалога...” напоминает нам обаргументах Филопона и Буридана:

“Из этого делаю вывод, чтолишь круговое движение может естественным образом быть присущим природнымтелам, существующим во вселенной и расположенным наилучшим образом — прямолинейное же движение согласно природе следует приписать телам и их частям,когда они находятся вне своих мест в неправильном расположении и поэтомунуждаются в возвращении к своему природному состоянию по наикратчайшему пути”.

Этакнига была написана на итальянском языке и предназначалась для «широкойпублики». В книге много необычного. Так, например, один из ее героевСимпличио (в переводе с латинского — простак), отстаивающий точку зренияАристотеля, — явный намек на выдающегося комментатора Аристотеля, жившего в VIвеке — Симпликия. Несмотря на легкость и изящество литературной формы, книгаполна тонких научных наблюдений и обоснований (в частности таких сложныхфизических явлений как инерции, гравитации и прочие.) Вместе с тем, Галилей несоздал цельной системы.

В1638 г. вышла последняя книга Г. Галилея «Беседы и математическиедоказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике иместному движению...», в которой он касалсяпроблем, решенных  им  около 30 лет назад.

МеханикаГалилея дает идеализированное описание движения тел вблизи поверхности Земли,пренебрегая сопротивлением воздуха, кривизной земной поверхности и зависимостьюускорения свободного падения от высоты. В основе «теории» Галилеялежат четыре простые аксиомы, правда в явном виде Галилеем не сформулированные.

·    Свободное движение по горизонтальной плоскости происходит спостоянной по величине и направлению скоростью (сегодня — закон инерции, илипервый закон Ньютона).

Исходяиз этого утверждения становится ясно, что тело скользящее без трения по горизонтальнойповерхности не будет не ускоряться, не замедляться ни отклоняться в сторону.Это утверждение не является прямым следствием наблюдений и экспериментов. Взаконе говорится о движении, которое никогда не наблюдалось. Будучипоследователем Архимеда, Галилей считал, что физические законы похожи нагеометрические аксиомы. В природе не существует идеальных вещей и предметов. Ноон не пренебрегал усложнениями вносимыми трением, воздухом – он пыталсяпоставить эксперимент показывающий незначительность этих эффектов. Свой законсвободного движения Галилей получил не из реальной жизни и экспериментов, а измысленного опыта.

·    Свободно падающее тело движется с постоянным ускорением.

Равноускоренным называетсядвижение, при котором скорость тела за равные промежутки времени увеличиваетсяна одну и ту же величину:

/>.

Рассмотрим как Галилейпришел к этому выводу. Сначала он предположил, что первоначально покоящеесятело постепенно увеличивает свою скорость от начального значения V=0. Во времена Галилея полагали, что как только на тело начинаетдействовать сила тяжести, оно мгновенно приобретает скорость и эта скорость тембольше, чем тяжелее тело. Галилей мысленно поставил эксперимент, которыйпоказывал что тело, падающее из состояния покоя, должно двигаться оченьмедленно, а по мере падения увеличивать скорость.

Далее Галилей полагал, чтодвижение падающих тел должно описываться простым законом.

Накакое то время он решил, что это закон: />, равные приращения скорости, за равные промежутки расстояния. Но онотверг этот закон, когда понял что если бы он был справедлив, то тело,первоначально покоящееся, осталось бы в покое навсегда.

Проверитьзакон в первоначальном виде было практически невозможно. В то время не существовалоточных часов, кратчайший промежуток времени который можно было определить 10секунд. За 10 секунд  свободно падающее тело пролетает 490 метров! По этомудля применения закона ему потребовался постулат:

·    Тело, скользящее без трения по наклонной плоскости, движется спостоянным ускорением />

/> уголнаклона плоскости к горизонту

Свободное падение можнорассматривать как частный случай движения по наклонной плоскости  />, а закон инерциисоответствует горизонтальной плоскости. Используя в своих экспериментахнаклонную плоскость с малыми углами наклона, Галилей смог проверить гипотезупостоянства ускорения при вертикальном падении.

Из закона вытекает, чтоконечная скорость тела, скользящего без трения по наклонной плоскости изсостояния покоя, зависит лишь от высоты, с которой тело начало двигаться, но независит от угла наклона плоскости: /> .Галилей гордился этой формулой, поскольку она позволяла определитьскорость при помощи геометрии. Измерение скорости в то время было малонадежнойпроцедурой из за отсутствия точных часов. Теперь можно измерить толькорасстояние. Если мы захотим придать телу скорость />  ,то нужно столкнуть его с высоты />, предполагаяотсутствие трения.

·    Принцип относительности Галилея

Представим корабльдвижущийся с постоянной скоростью. С его мачты сбрасывают предмет, куда онупадет? Соотечественники Галилея сказали бы,  что он упадет отклонившисьот

Основаниямачты в сторону кормы при движении корабля, и не отклонился бы вообще будькорабль неподвижен. Однако Галилей доказал, что траектория падающего телаотклоняется от вертикали только от сопротивления воздуха. В вакууме тело упалобы точно под точкой, из которой начала падать, если корабль движется спостоянной скоростью и с неизменным направлением. Траектория падения тела длянаблюдателя с берега будет парабола.  

Г. Галилей, решая задачу об описании падения камня,рассматриваемую еще Аристотелем,закладывает основу естественной науки Нового времени. Основой его построенийявляется не эмпирическое наблюдение, а теоретическоеубеждение, что природа «стремится применить во всякихсвоих приспособлениях самые простые и легкие средства… поэтому, когда язамечаю, — говорит Г. Галилейв своих „Беседах...“, — что камень, выведенный из состояния покоя ипадающий со значительной высоты, приобретает все новое и новое приращениескорости, не должен ли я думать, что подобное приращение происходит в самойпростой и ясной для всякого форме? Если мы внимательно всмотримся в дело, тонайдем, что нет приращения более простого, чем происходящее всегдаравномерно...». Схема «физической» работы Галилея, ярко продемонстрированная вбольшом отступлении «о падениител в пустоте» в ходе «1-го дня»«Бесед...», такова: задаетсязакон движения — тела падают с одинаковой скоростью, и врезультате мысленных физическихэкспериментов происходит создание элементов физической модели.

Отметим использование Галилеемпонятие «пустоты» такойидеальной среды, где идеальное и реальное падения теласовпадают, и понятие "среды"- того, что отклоняет реальное падение от идеального. Эту жемысль мы обнаруживаем у Ньютона,у которого место равноускоренного падения занимает равномерное прямолинейноедвижение, а место среды — сила: если тело отклоняется от равномерногопрямолинейного движения, то значит (по определению, роль которого играет 2-йзакон Ньютона) на негодействует сила, пропорциональная ускорению тела. Галилей на этом не останавливается.К созданному им теоретическому построению он подходит как инженер к проекту,т.е. он ставит перед собой задачу воплотить в материал определение — проектэтой идеальной среды-пустоты. Он делает это в ходе созданного им эксперимента,создавая «гладкие наклонныеплоскости» и другие «конструктивные элементы»инженерной конструкции.

В отличие от Ф.Бэкона,Г.Галилей ориентировался на образец теоретической науки, каковым в еговремя была геометрия Эвклида. В ней посредством системы аксиом вводятсяпервичные понятия, которые мы будем называть «фундаментальными идеальнымиобъектами» (ФИО) — точка, прямая, плоскость, из которых строятся прочие«идеальные объекты» — геометрические фигуры.

ФИО существуют (задаются) не сами по себе, а в рамках структуры данного раздела науки. Структуру, задающую раздел науки и связанные с ним ФИО мы будем называть «ядром раздела науки» (ЯРН)Г.Галилей развил однослойную эвклидовскую структуру до трехслойной. Галилей, наряду с математическим слоем — слоем «математического представления» (МП),

на языкепропорцииv1:t1=v2:t2зафиксировалзаконравномерно-ускоренного падения тела, в теоретической части (Т)ввел еще один теоретический слой — слой «физической модели» (ФМ)(схема 2).Слой «физической модели» содержит такие элементы, как«тело», «пустота», «среда», а также измеримыевеличины — время, скорость, расстояние. Этот двухслойный теоретический блокдополняется третьим нетеоретическим слоем «эмпирического материала»(ЭМ), содержащего «конструктивныеэлементы» (КЭ) типа наклонных плоскостей и процедуры измерения (И) для измеримых величин,фигурирующих в слое «физических моделей». Включение этого инженерногокомпонента в процесс формирования ФИО определяет ее отличие от натурфилософии. Г.Галилей создал основу структуры естественной науки Нового времени.                                   

/>
Схема № 1.

/>
  Схема № 2.

Термоскоп фактически явился прообразомтермометра, и чтобы подойти к его изобретению, Галилей должен был радикальнопересмотреть существующие в то время представления о тепле и холоде.

Первые известия об изобретении в Голландииподзорной трубы дошли до Венеции уже в 1609. Заинтересовавшись этим открытием,Галилей значительно усовершенствовал прибор. 7 января 1610 произошлознаменательное событие: направив построенный телескоп (примерно с 30-кратнымувеличением) на небо, Галилей заметил возле планеты Юпитер три светлые точки;это были спутники Юпитера (позже Галилей обнаружил и четвертый). Повторяянаблюдения через определенные интервалы времени, он убедился, что спутникиобращаются вокруг Юпитера. Это послужило наглядной моделью кеплеровскойсистемы, убежденным сторонником которой сделали Галилея размышления и опыт.

Были и другие важные открытия, которые ещебольше подрывали доверие к официальной космогонии с ее догмой о неизменностимироздания: появилась новая звезда; изобретение телескопа позволило обнаружитьфазы Венеры и убедиться, что Млечный Путь состоит из огромного числа звезд.Открыв солнечные пятна и наблюдая их перемещение, Галилей совершенно правильнообъяснил это вращением Солнца. Изучение поверхности Луны показало, что онапокрыта горами и изрыта кратерами. Даже этот беглый перечень позволил быпричислить Галилея к величайшим астрономам, но его роль была исключительной ужепотому, что он произвел поистине революционный переворот, положив началоинструментальной астрономии в целом.

Сам Галилей понимал важность сделанных им астрономическихоткрытий. Он описал свои наблюдения в сочинении, вышедшем в 1610 под гордымназванием “Звездный вестник”.

 

Наибольшим из всех чудес представляется то,что я открыл четыре новые планеты и наблюдал свойственные им собственныедвижения и различия в их движениях относительно друг друга и относительнодвижения других звёзд. Эти новые планеты движутся вокруг другой очень большойзвезды так же, как Венера, и Меркурий, и, возможно, другие известные планетыдвижутся вокруг Солнца.

(Галилео Галилей.)

 

Продолжая телескопические наблюдения, Галилей открыл фазы Венеры,солнечные пятна и вращение Солнца, изучал движение спутников Юпитера, наблюдалСатурн. В 1611 Галилей ездил в Рим, где ему был оказан восторженный приём припапском дворе и где у него завязалась дружба с князем Чези, основателемАкадемии деи Линчеи («Академии Рысьеглазых»), членом которой он стал. По настояниюгерцога Галилей опубликовал своё первое антиаристотелевское сочинение —«Рассуждение о телах, пребывающих в воде, и тех, которые в ней движутся»(1612), где применил принцип равных моментов к выводу условий равновесия вжидкихтелах.
После выхода “Звездного вестника” с посвящением новому Тосканскому герцогуКозимо II Медичи Галилей принимает приглашение герцога вернуться во Флоренцию,где становится придворным “философом” и “первым математиком” университета, безобязательства читать лекции. К тому времени слава о работах Галилея прокатиласьпо всей Италии, вызывая восхищение одних и яростную ненависть других. Правда,какое-то время враждебные чувства не проявлялись. Более того, когда в 1611Галилей приехал в Рим, ему был оказан восторженный прием “первыми лицами”города и церкви. Он еще не знал, что за ним учреждена секретная слежка.

К 1612 наступление противников Галилеяусилилось. В 1613 его ученик аббат Кастелли, профессор Пизанского университета,сообщает ему, что поднят вопрос о несовместимости открытий Галилея со СвященнымПисанием, причем в числе обвинителей активно выступает и мать герцогаТосканского.

В ответном письме Кастелли, явившемся посути программным документом, Галилей дал глубокий и развернутый ответ на всеобвинения, предприняв попытку четко разграничить сферы науки и церкви. Почтидва года церковь молчала, возможно, не имея о письме точных сведений, хотя онем уже было известно в Пизе, Риме и Флоренции. Когда же копия письма (к томуже с намеренными искажениями) была направлена в инквизицию, то узнавший об этомГалилей в начале февраля 1616 едет в Рим в надежде отстоять свое учение.

Обстоятельства и на этот разблагоприятствовали Галилею. Незадолго до его приезда в Рим появилось сочинениеодного священника, в котором высказывалась мысль, что учение Коперника непротиворечит религии. Рекомендательные письма герцога Тосканского убедилиинквизицию, что обвинения Галилея в ереси безосновательны. Галилею, однако,предстояло решить самую трудную задачу: легализовать свои научные взгляды, и онначал действовать.

По воспоминаниям современников, Галилейобладал блестящим даром популяризатора и полемиста, и его многочисленныевыступления имели несомненный успех. Но он переоценил силу научных доводов инедооценил силу власти защитников идеологических догм. В марте 1616 конгрегацияиезуитов выпустила декрет, в котором объявила учение Коперника еретическим, аего книги запрещенными. Имя Галилея в декрете не было названо, но частнымобразом ему было приказано принести покаяние церкви и отказаться от своихвзглядов.

Галилей формально подчинился приказу ивынужденно изменил тактику. В течение многих лет он не выступал с открытойпропагандой учения Коперника. За этот период Галилей выпустил

единственное большое сочинение полемический трактат “Пробирныевесы” (1623) по поводу трех комет, появившихся в 1618. По форме, остроумию иизысканности стиля это одно из лучших произведений Галилея.

В 1623 на папский престол под именемУрбана VIII вступил друг Галилеля кардинал Маффео Барберини. Для Галилея этособытие казалось равносильным освобождению от уз интердикта (декрета). В 1630он приехал в Рим уже с готовой рукописью «Диалога о приливах и отливах» (первоеназвание «Диалога о двух главнейших системах мира»), в котором системыКоперника и Птолемея представлены в разговорах трёх собеседников: Сагредо,Сальвиати и Симпличо.

Папа Урбан VIII согласился на изданиекниги, в которой учение Коперника излагалось бы как одна из возможных гипотез.После длительных цензурных мытарств Галилей получил долгожданное разрешение нанапечатание с некоторыми изменениями «Диалога»; книга появилась во Флоренции наитальянском языке в январе 1632. Через несколько месяцев после выхода книгиГалилея получил приказ из Рима прекратить дальнейшую продажу издания. Потребованию инквизиции Галилей был вынужден в феврале 1633 приехать в Рим.Против Галилей был возбуждён процесс. На четырёх допросах — от 12 апреля до 21июня 1633 — Галилей отрекся от учения Коперника и 22 июня принёс на коленяхпубличное покаяние в церкви Maria Sopra Minerva. «Диалог» был запрещен, аГалилель 9 лет официально считался «узником инквизиции». Сначала он жил в Риме,в герцогском дворце, затем в своей вилле Арчетри, под Флоренцией. Ему былизапрещены разговоры с кем-либо о движении Земли и печатание трудов. Несмотря напапский интердикт, в протестантских странах появился латинский перевод«Диалога», в Голландии было напечатано рассуждение Галилея об отношениях Библиии естествознания. Наконец, в 1638 в Голландии издали одно из самых важныхсочинений Галелея, подводящее итог его физическим изысканиям и содержащееобоснование динамики, — «Беседы и математические доказательства, касающиесядвух новых отраслей науки...", в которой суммировал результаты всех своихпрежних трудов по различным отделам механики. Книга была отпечатана фирмойЭльзевиров в Лейдене в 1638 г. Часть книги, посвященная механическим свойствамстроительных материалов и исследованию прочности балок, представляет собойпервый печатный труд в области сопротивления материалов; датой ее выхода в светначинается история механики упругих тел.

 

Все работы Галилея по механике материаловвошли в первые два диалога его книги о двух новых науках. Свое изложение онначинает ссылкой на некоторые наблюдения, сделанные им при посещенияхвенецианского арсенала, и обсуждением свойств геометрически подобныхсооружений. Он утверждает, что если возводить сооружения геометрическиподобные, то по мере увеличения их абсолютных размеров они будут становитьсявсе более и более слабыми. Для пояснения он.указывает: “Небольшие обелиск,колонна или иная строительная деталь могут быть установлены без всякойопасности обрушения, между тем как весьма крупные элементы этого типараспадаются на части из-за малейших причин, а то и просто под действием своегособственного веса”. Чтобы подтвердить это, он начинает с исследования прочностиматериалов при простом растяжении и устанавливает, что прочность брусапропорциональна площади его поперечного сечения и не зависит от его длины.Такую прочность бруса Галилей называет “абсолютным сопротивлением разрыву” иприводит несколько числовых значений, характеризующих прочность меди. Определивабсолютное сопротивление бруса, Галилей исследует сопротивление разрушению тогоже бруса в том случае, когда он используется как консоль и нагружен на свободномконце .

На основе своей теории Галилей получаетряд важных выводов. Рассматривая балку прямоугольного поперечного сечения, онставит вопрос: “Почему и во сколько раз брус, или, лучше, призма, ширинакоторой больше толщины, окажет больше сопротивления излому, когда силаприложена в направлении ее ширины, чем в том случае, когда она действует внаправлении толщины?”. Исходя из своего предположения, он дает правильныйответ: “Любая линейка или призма, ширина которой больше толщины, окажет большеесопротивление излому, когда она поставлена на ребро, чем когда она лежитплашмя, и притом во столько раз больше, во сколько ширина больше толщины”.

Продолжая исследование задачи обалке—консоли постоянного поперечного сечения, Галилей заключает, чтоизгибающий момент веса балки возрастает пропорционально квадрату длины.Сохраняя длину круговых цилиндров, но меняя радиусы их оснований, Галилейнаходит, что их момент сопротивления пропорционален кубам радиусов. Этотрезультат следует из того факта, что “абсолютное” сопротивление пропорциональноплощади поперечного сечения цилиндра, а плечо момента сопротивления равнорадиусу цилиндра.

Сравнивая геометрически подобные консоли,нагруженные собственным весом, Галилей заключает, что если изгибающий момент всечении заделки пропорционален четвертой степени длины, то момент сопротивленияпропорционален кубу линейных размеров. Это указывает на то, что геометрическиподобные балки не равнопрочны.

По мере возрастания размеров геометрическиподобные балки становятся все менее и менее прочными и в конце концов придостаточно больших размерах могут разрушиться под действием одного лишьсобственного веса. Он замечает также, что для сохранения постоянной прочностиразмеры поперечного сечения нужно увеличивать в большем отношении, чем то, вкотором возрастают длины.

Все эти соображения приводят Галилея кследующему важному замечанию общего характера: “Вы теперь ясно видитеневозможность как для искусства, так и для природы увеличивать размеры своихпроизведений до чрезмерно огромных; равным образом невозможно и сооружениекораблей, дворцов или храмов колоссальных размеров, если мы хотим, чтобы ихвесла, реи, балки, скрепы, короче, все вообще их части держались бы как одноцелое; сама природа не производит деревьев необычайной величины, иначе ветви ихполомались бы от собственной тяжести; невозможно было бы также создать и скелетчеловека, лошади или какого-либо другого животного, так чтобы он сопротивлялсяи выполнял бы свои нормальные функции, если бы размеры этих живых существ былибы непомерно увеличены в высоту; такое увеличение в высоту могло бы оказатьсяосуществимым лишь в том случае, если бы для них былиспользован более твердый и прочный материал, или если бы их кости былиувеличены также и в ширину, отчего по форме и по облику эти существа стали быпоходить скорее на чудовищ… Если, напротив, размеры тела сократить, топрочность его хотя и уменьшится, но не в той же степени; и действительно, чемменьше тело, тем больше его относительная прочность. Так, например, маленькаясобачка смогла бы, вероятно, унести на своей спине пару или даже три таких, какона, собачки, лошадь же, надо думать, не в силах была бы поднять и одной себеподобной”.

Галилей исследует также балку, лежащую надвух опорах, и находит, что изгибающий момент принимает наибольшее значение втой точке пролета, где приложена нагрузка, так что для осуществления излома снаименьшей нагрузкой эту нагрузку следует поместить в середину пролета. Онзамечает, что здесь представляется возможность сэкономить на материале, уменьшаяпоперечное сечение вблизи опор.

Галилей дает полное решение задачи оконсоли равного сопротивления, поперечное сечение которой—прямоугольник.Рассматривая сначала призматическую консоль, он замечает, что часть материаламожно из нее удалить, не нанося ущерба ее прочности. Он показывает также, чтоесли мы удалим половину материала, придав консоли форму клина, то прочность влюбом промежуточном поперечном сечении окажется недостаточной. Для того чтобымоменты сопротивления находились между собой в том же самом отношении, что иизгибающие моменты, мы должны придать продольному очертанию консолипараболическую форму. Это удовлетворяет требованию равной прочности.

В заключение Галилей исследует прочностьполых балок, указывая, что такие балки “находят разнообразнейшие применения втехнике—а еще чаще в природе—в целях возможно большего увеличения прочности безвозрастания в весе; примерами тому могут служить кости птиц и разного видатростники: и те и другие отличаются большой легкостью и в то же время хорошо сопротивляютсякак изгибу, так и излому. Так, если бы пшеничный стебель, которымподдерживается превышающий его по весу колос, был бы сформирован из того жеколичества материала сплошным стержнем, то он смог бы оказать меньшеесопротивление изгибу и излому. Проверенный и подтвержденный практикой опытуказывает, что полые пики или трубы, будь то из дерева или из металла, всегдаоказываются значительно более прочными, чем соответствующие сплошные стержнитого же веса при той же длине...”. Сравнивая полый цилиндр со сплошным той жеплощади поперечного сечения, Галилей замечает, что их абсолютные сопротивленияразрыву одинаковы, а так как моменты сопротивления равны абсолютнымсопротивлениям, умноженным на наружный радиус, то прочность при изгибе трубыбудет превышать соответствующую прочность сплошного цилиндра во столько же раз,во сколько раа диаметр трубы больше диаметра сплошного цилиндра.

В 1637 Галель ослеп. Он умер 8 января1642. В 1737 была исполнена последняя воля Галилея — его прах был перенесён воФлоренцию в церковь Санта-Кроче, где он был погребён рядом с Микеланджело.

Влияние Галилеля на развитие механики,оптики и астрономии в 17 в. неоценимо. Его научная деятельность, огромнойважности открытия, научная смелость имели решающее значение для победыгелиоцентрической системы мира. Особенно значительна работа Галилея по созданиюосновных принципов механики. Если основные законы движения и не высказаныГалилель с той чёткостью, с какой это сделал И. Ньютон, то по существу законинерции и закон сложения движений были им вполне осознаны и применены к решениюпрактических задач. История статики начинается с Архимеда; историю динамикиоткрывает Галилель Он первый выдвинул идею об относительности движения (Галилеяпринцип относительности), решил ряд основных механических проблем. Сюдаотносятся прежде всего изучение законов свободного падения тел и падения их понаклонной плоскости; законы движения тела, брошенного под углом к горизонту;установление сохранения механической энергии при колебании маятника. Галилельнанёс удар аристотелевским догматическим представлениям об абсолютно лёгкихтелах (огонь, воздух); в ряде остроумных опытов он показал, что воздух —тяжёлое тело и даже определил его удельный вес по отношению к воде.

Основа мировоззрения Галилель — признаниеобъективного существования мира, т. е. его существования вне и независимо отчеловеческого сознания. Мир бесконечен, считал он, материя вечна. Во всехпроцессах, происходящих в природе, ничто не уничтожается и не порождается —происходит лишь изменение взаимного расположения тел или их частей. Материясостоит из абсолютно неделимых атомов, её движение — единственное,универсальное механическое перемещение. Небесные светила подобны Земле иподчиняются единым законам механики. Всё в природе подчинено строгоймеханической причинности. Подлинную цель науки Галилель видел в отысканиипричин явлений. Согласно Галилелю, познание внутренней необходимости явленийесть высшая ступень знания. Исходным пунктом познания природы Галилель считалнаблюдение, основой науки — опыт. Отвергая попытки схоластов добыть истину изсопоставления текстов признанных авторитетов и путём отвлечённых умствований,Галилель утверждал, что задача учёного — «… это изучать великую книгуприроды, которая и является настоящим предметом философии» («Диалог о двухглавнейших системах мира птоломеевой и коперниковой», М. — Л., 1948, с. 21).Тех, кто слепо придерживается мнения авторитетов, не желая самостоятельноизучать явления природы, Галилель называл «раболепными умами», считал их недостойнымизвания философа и клеймил как «докторов зубрёжки». Однако, ограниченныйусловиями своего времени, Галилель не был последователен; он разделял теориюдвойственной истины и допускал божественный первотолчок.

Одарённость Галилеля не ограничиваласьобластью науки: он был музыкантом, художником, любителем искусств и блестящимлитератором. Его научные трактаты, большая часть которых написана на народномитальянском языке, хотя Галилей в совершенстве владел латынью, могут бытьотнесены также к художественным произведениям по простоте и ясности изложения иблеску литературного стиля. Галилей переводил с греческого языка на латынь,изучал античных классиков и поэтов Возрождения (работы «Заметки к Ариосто»,«Критика Тассо»), выступал во Флорентийской академии по вопросам изученияДанте, написал бурлескную поэму «Сатира на носящих тогу». Галилей — соавторканцоны А. Сальвадори «О звёздах Медичей» — спутниках Юпитера, открытыхГалилеем в 1610.

                          Дополнительная литература:

 1. Галилей Г. — Избранные труды.- М. 1964.

 2. Кузнецов Б. Г. Галилео Галилей. М., 1964.

 3. Шмутцер Э. Ш. В. Галилео Галилей. М.,1987.

 4. Анучин Д.Люди зарубежной науки. — М.: Наука, 1960.
 5. Брехт Б. Жизнь Галилея: Драма. — М.:Художественная литература, 1988.
 6. Гиндикин С.Г. Рассказы о физиках иматематиках. — М.: Наука, 1985.
 7. Чистяков В.Д. Рассказы об астрономах. — Минск: Наука, 1969.

еще рефераты
Еще работы по историческим личностям