Галілео Галілей

У роки дитинства і юності Галілея практично безроздільно панували уявлення, що сформувалися ще за часів античності. Деякі з них, наприклад, геометрія Евкліда і статика Архімеда, зберегли своє значення і в наші дні. Великий багаж накопичили і спостереження астрономів, що призвели до виникнення прогресивної для свого часу системи світу Птолемея (2 ст. Н. Е.). Однак багато положень античної науки, які здобули згодом статус незаперечних догм, не витримали випробування часом і виявилися відкинутими, коли головним арбітром в науці був визнаний досвід.

В першу чергу, це відноситься до механіки Аристотеля і багатьом іншим його природничих уявлень. Саме ці помилкові положення стали фундаментом офіційного "ідеологічного кредо", і були потрібні не тільки здібності до незалежного мислення, але і просто мужність, щоб виступити проти нього. Одним з перших на це наважився Галілео Галілей.

Галілей походив із знатної, але збіднілій дворянській сім'ї. Його батько, музикант і математик, хотів, щоб син став лікарем, і в 1581, після закінчення монастирської школи, визначив його на медичний факультет Пізанського університету. Але медицина не захоплювала сімнадцятирічного юнака. Залишивши університет, він поїхав до Флоренції і занурився в самостійне вивчення творів Евкліда і Архімеда. За порадою професора філософії Річчі і поступаючись прохання сина, батько Галілео перевів його на філософський факультет, де більш поглиблено вивчалися філософія і математика.

У дитячі роки Галілей захоплювався конструюванням механічних іграшок, майстрував діючі моделі машин, млинів та кораблів. Як розповідав згодом його учень Вівіані, Галілей ще в юності відрізнявся рідкісною спостережливістю, завдяки якій зробив своє перше важливе відкриття: спостерігаючи гойдання люстри в Пізанської соборі, встановив закон ізохронності коливань маятника (незалежність періоду коливань від величини відхилення). Деякі дослідники ставлять під сумнів розповідь Вівіані про обставини цього відкриття, але достеменно відомо, що Галілей не тільки перевіряв цей закон на дослідах, але і використовував його для визначення проміжків часу, що, зокрема, було захоплено прийнято медиками.

Уміння спостерігати і робити висновки з побаченого завжди відрізняло Галілея. Ще в молодості він зрозумів, що "... явища природи, як би незначні, як би в усіх відношеннях маловажні не здавалися, не повинні бути зневажені філософом, але все повинні бути в однаковій мірі шановані. Природа досягає великого малими коштами, і все її прояви однаково дивні ". По суті, цей вислів можна вважати декларацією експериментального підходу Галілея до вивчення явищ природи.

В 1586 Галілей публікує опис сконструйованих ним гідростатичних ваг, призначених для вимірювання густини твердих тіл і визначення центрів ваги. Ця, як і інші його роботи, виявляється поміченою. Результатом цього періоду життя Галілея були невеликий твір «Маленькі ваги» (1586, вид. 1655), в якому описані побудовані Галілеєм гідростатичні ваги для швидкого визначення складу металевих сплавів, і геометричне дослідження про центрах тяжкості тілесних фігур. Ці роботи принесли Галілею першу популярність серед італійських математиків.

У нього з'являються впливові покровителі, і завдяки їх протекції він отримує в 1589 місце професора в Пізанського університету (правда, з мінімальним окладом).

Почавши читати лекції з філософії і математики в університеті, Галілей постав перед непростим вибором. З одного боку набули статус непорушних догм погляди Аристотеля, з іншого плоди власних роздумів і, що ще важливіше, досвіду. Аристотель стверджував, що швидкість падіння тіл пропорційна їх вазі. Це твердження вже викликало сумніви, а проведені Галілеєм в присутності численних свідків спостереження за падінням з Пізанської вежі куль різної ваги, але однакових розмірів, наочно спростовували його. Аристотель учив, що різним тілам властиво різне "властивість легкості", чому одні тіла падають швидше інших, що поняття спокою абсолютно, що для того, щоб тіло рухалося, його постійно повинен підштовхувати повітря, а отже, рух тіл свідчить про відсутність порожнечі.

Уже в 1590, через рік після початку роботи в Пізі, Галілей пише трактат "Про русі", в якому виступає з різкими запереченнями проти поглядів перипатетиків (послідовників Арістотеля). Це не могло не викликати різко несхвального ставлення до нього з боку представників казенної схоластичної науки. Крім того, Галілей в той час був сильно обмежений у коштах, і тому був радий отримати (знову завдяки своєму покровителю) запрошення уряду Венеціанської республіки на роботу в університет в Падую.

Перехід в 1592 в Падуанський університет, де Галілей зайняв кафедру математики, ознаменував собою початок плідного періоду в його житті. Тут він впритул підходить до вивчення законів динаміки, досліджує механічні властивості матеріалів, винаходить перший з фізичних приладів для дослідження теплових процесів термоскоп, удосконалює підзорну трубу і першим здогадується використовувати її для астрономічних спостережень, тут стає найактивнішим і авторитетним прихильником системи Коперника, знаходячи вдячність і повагу нащадків і активну ворожість численних сучасників.

Найважливішим досягненням Галілея в динаміці було створення принципу відносності, що став основою сучасної теорії відносності. Рішуче відмовившись від уявлень Арістотеля про рух, Галілей прийшов до висновку, що рух (маються на увазі тільки механічні процеси) відносно, тобто не можна говорити про рух, не уточнивши, по відношенню до якого "тіла відліку" воно відбувається; закони ж руху безвідносно, і тому, перебуваючи в закритій кабіні (він образно писав "у закритому приміщенні під палубою корабля"), не можна ніякими дослідами встановити, покоїться ця кабіна або ж рухається рівномірно і прямолінійно ( "без поштовхів", за висловом Галілея ).

У Галілео Галілея вперше зв'язок космології з наукою про двіженііпріобрелаосознанний характер, що і стало основою створення наукової механіки. Спочатку (до 1610 г.) Галілеєм були відкриті закони механіки, але перші публікації і трагічні моменти його життя були пов'язані з менш оригінальними роботами по космологіі.Галілей першим чітко розумів два аспекти фізики Архімеда: пошук простих і загальних математичних законів і експеримент, як основа підтвердження цих законів.

Винахід в 1608 році голландцем Хансом Ліпперсхеем, виробникомочок, телескопа (правда, не призначався для астрономічних цілей), дало можливість Галілею, удосконаливши його, у січні 1610 року "відкрити нову астрономічну Еру".

Телескоп Галілео Галілея.

Підзорна труба Галілео Галілея.

Перший термометр винайшов Галілей.

Виявилося, що Місяць покритий горами, Чумацький шлях складається з зірок, Юпітер оточений чотирма супутниками і т.д. "Аристотелевский світ" звалився остаточно. Галілей поспішає з публікацією побаченого у своєму "Зоряному віснику", який виходить в березні 1610 Книга написана на латині і була призначена для вчених.

У 1632 р у Флоренції була надрукована найбільш відома робота Галілея, яка послужила приводом для процесу над ученим. Її повна назва - "Діалог Галілео Галілея Лінчео, екстраординарного Математика Пізанського університету та Головного Філософа і Математика ясновельможного Великого Герцога Тосканського, де в чотирьох денних розмовах ведеться обговорення двох Основних Систем Миру, Птолемеевой і Коперниковой і передбачаються не остаточні філософські та фізичні аргументи як з одного, так і з іншого боку ".

Титульний аркуш «Діалогів».

З нижченаведеного фрагмента "Діалогу ..." видно, яке значення надавав Галілей принципом безперервності руху, сформульованим ще в XVI столітті Микола Орезмський:

"Сагредо: Отже, віриш, що камінь, який перебував у спокої і почав своє природне рух до центру землі, проходить через всі ступені повільності перш ніж досягти будь-якій мірі швидкості?

Сальвіатті: Вірую, більше того, настільки твердо в цьому переконаний, що, без сумніву, зможу переконати і тебе.

Сагредо: Якби ніякого іншого плоду я не зробив із сьогоднішньої бесіди, крім пізнання цієї речі, вважав би себе досить винагородженим ".

Цікаво також подивитися, як тепер, через багато років після написання своїх ранніх праць, відноситься Галілей до вчення про незмінність неба:

"Симпличио: Таким чином, на землі постійно відбуваються народження, знищення, перекручення і т.п., яких ніколи ні наші почуття, ні переказ і пам'ять наших предків не помічали на небі. Отже, небеса незмінні.

Сальвіатті: [...] Необхідно тоді, щоб ти Китай і Америку вважав небесними тілами. Бо і там ти, звичайно ж, ніколи не чув од нього ніяких змін, які спостерігаєш тут в Італії, так що з твого міркування виходить, що ці частини світу самі є незмінними [...] Бачиш, що сам випадок допоміг виявити хибність твого аргументу. Бо якщо ти скажеш, що зміни, які спостерігаються на нашій частині землі, не можна спостерігати в Америці через велику відстань до неї, то тим в меншій мірі можеш побачити ці зміни на Місяці, в сотні разів більш віддаленої від нас. Тому з того, що ти не помічаєш на небі ніяких змін, які навіть якби вони там були і найбільші, не можеш помітити через надзвичайно велику відстань, то також і з того, що ніякі наші посланці туди не доходять, тому що і дійти не можуть, не можеш робити висновок, що там немає ніяких змін ".

Ще один фрагмент з "Діалогу ..." нагадує нам про аргументи Філопона і Буридана:

"З цього роблю висновок, що лише круговий рух може природним чином бути властивим природним тілах, які існують у всесвіті і розташованим найкращим чином - прямолінійний же рух відповідно до природи слід приписати тіл і їх частин, коли вони виходять за межі своїх місць в неправильному розташуванні і тому потребують до повернення до свого природного стану за найкоротшому шляху ".

Ця книга була написана на італійській мові і призначалася для "широкої публіки". У книзі багато незвичайного. Так, наприклад, один з її героїв Симпличио (в перекладі з латинської - простак), яка відстоює точку зору Аристотеля, - явний натяк на видатного коментатора Арістотеля, який жив в VI столітті - Сімплікія. Незважаючи на легкість і витонченість літературної форми, книга сповнена тонких наукових спостережень і обгрунтувань (зокрема таких складних фізичних явищ як інерції, гравітації і інші.) Разом з тим, Галілей не створив цілісної системи.

У 1638 р вийшла остання книга Г. Галілея "Бесіди і математичні докази, що стосуються двох нових галузей науки, що відносяться до механіки і місцевим руху ...", в якій він стосувався проблем, вирішених їм близько 30 років тому.

Механіка Галілея дає ідеалізований опис руху тіл поблизу поверхні Землі, нехтуючи опором повітря, кривизною земної поверхні і залежністю прискорення вільного падіння від висоти. В основі "теорії" Галілея лежать чотири прості аксіоми, правда в явному вигляді Галілеєм Незрозуміло яка.

· Вільний рух по горизонтальній площині відбувається з постійною за величиною і напрямком швидкістю (сьогодні - закон інерції, або перший закон Ньютона).

Виходячи з цього твердження стає ясно, що тіло ковзне без тертя по горизонтальній поверхні не буде не прискорюватися, що не сповільнюватися ні відхилятися в сторону. Це твердження не є прямим наслідком спостережень і експериментів. У законі йдеться про рух, яке ніколи не спостерігалося. Будучи послідовником Архімеда, Галілей вважав, що фізичні закони схожі на геометричні аксіоми. У природі не існує ідеальних речей і предметів. Але він не нехтував ускладненнями вносяться тертям, повітрям - він намагався поставити експеримент показує незначність цих ефектів. Свій закон вільного руху Галілей отримав не з реального життя і експериментів, а з уявного досвіду.

· Вільно падаюче тіло рухається з постійним прискоренням.

Рівноприскореному називається рух, при якому швидкість тіла за рівні проміжки часу збільшується на одну і ту ж величину:

.

Розглянемо як Галілей прийшов до цього висновку. Спочатку він припустив, що спочатку покоїться тіло поступово збільшує свою швидкість від початкового значення V = 0. За часів Галілея вважали, що як тільки на тіло починає діяти сила тяжіння, воно миттєво набуває швидкість і ця швидкість тим більше, чим важче тіло. Галілей подумки поставив експеримент, який показував що тіло, падаюче зі стану спокою, має рухатися дуже повільно, а в міру падіння збільшувати швидкість.

Далі Галілей вважав, що рух падаючих тіл має описуватися простим законом.

На якийсь час він вирішив, що це закон: , Рівні збільшення швидкості, за рівні проміжки відстані. Але він відкинув цей закон, коли зрозумів що якби він був справедливий, то тіло, спочатку покоїться, залишилося б у спокої назавжди.

Перевірити закон у первісному вигляді було практично неможливо. У той час не існувало точних годин, найкоротший проміжок часу який можна було визначити 10 секунд. За 10 секунд вільно падаюче тіло пролітає 490 метрів! З цього для застосування закону йому потрібен був постулат:

· Тіло, ковзне без тертя по похилій площині, рухається з постійним прискоренням

кут нахилу площини до горизонту

Вільне падіння можна розглядати як окремий випадок руху по похилій площині , А закон інерції відповідає горизонтальній площині. Використовуючи в своїх експериментах похилу площину з малими кутами нахилу, Галілей зміг перевірити гіпотезу сталості прискорення при вертикальному падінні.

Із закону випливає, що кінцева швидкість тіла, ковзаючого без тертя по похилій площині зі стану спокою, залежить лише від висоти, з якої тіло почало рухатися, але не залежить від кута нахилу площини: .Галілей пишався цією формулою, оскільки вона дозволяла визначити швидкість за допомогою геометрії. Вимірювання швидкості в той час було малонадійною процедурою через відсутність точних годин. Тепер можна виміряти тільки відстань. Якщо ми захочемо додати тілу швидкість , То потрібно збити його з висоти , Припускаючи відсутність тертя.

· Принцип відносності Галілея

Уявімо корабель рухається з постійною швидкістю. З його щогли скидають предмет, куди він впаде? Співвітчизники Галілея сказали б, що він впаде відхилившись від

Підстави щогли в бік корми під час руху корабля, і не відхилився б взагалі будь корабель нерухомий. Однак Галілей довів, що траєкторія падаючого тіла відхиляється від вертикалі тільки від опору повітря. У вакуумі тіло впало б точно під точкою, з якої почала падати, якщо корабель рухається з постійною швидкістю і з незмінним напрямом. Траєкторія падіння тіла для спостерігача з берега буде парабола.

Г. Галілей, вирішуючи завдання про опис падіння каменя, що розглядається ще Аристотелем, закладає основу природної науки Нового часу. Основою його побудов є не емпіричне спостереження, а теоретичне переконання, що природа "прагне застосувати у всяких своїх пристроях найпростіші і легкі кошти ... тому, коли я помічаю, - каже Г. Галілей в своїх" Бесідах ... ", - що камінь, виведений зі стану спокою і падає зі значної висоти, набуває все нове і нове збільшення швидкості, чи не повинен я думати, що подібне збільшення відбувається в самій простій і зрозумілій для всякого формі? Якщо ми уважно вдивимося в справу, то знайдемо, що немає пріращена ия більш простого, ніж те, що відбувається завжди рівномірно ... ". Схема "фізичної" роботи Галілея, яскраво продемонстрована в великому відступі "про падіння тіл в порожнечі" в ході "1-го дня" "Бесіди ...", така: задається закон руху - тіла падають з однаковою швидкістю, і в результаті уявних фізичних експериментів відбувається створення елементів фізичної моделі.

Відзначимо використання Галілеемпонятіе "порожнечі" такої ідеальної середовища, де ідеальне і реальне падіння тіла збігаються, і поняття "середовища" - того, що відхиляє реальне падіння від ідеального. Цю ж думку ми виявляємо у Ньютона, у якого місце рівноприскореного падіння займає рівномірний прямолінійний рух, а місце середовища - сила: якщо тіло відхиляється від рівномірного прямолінійного руху, то значить (за визначенням, роль якого грає 2-й закон Ньютона) на нього діє сила, пропорційна прискоренню тіла. Галілей на цьому не зупиняється. До створеному ним теоретичному побудови він підходить як інженер до проекту, тобто він ставить перед собою завдання втілити в матеріал визначення - проект цієї ідеальної середовища-порожнечі. Він робить це в ході створеного ним експерименту, створюючи "гладкі похилі площини" і інші "конструктивні елементи" інженерної конструкції.

На відміну від Ф. Бекона, Г. Галілей орієнтувався на зразок теоретичної науки, яким в його час була геометрія Евкліда. У ній за допомогою системи аксіом вводяться первинні поняття, які ми будемо називати "фундаментальними ідеальними об'єктами" (ПІБ) - точка, пряма, площина, з яких будуються інші "ідеальні об'єкти" - геометричні фігури.

на мові пропорції v _1: t ₁ = v _2: t ₂ зафіксував закон рівномірно-прискореного падіння тіла, в теоретичній частині (Т) ввів ще один теоретичний шар - шар "фізичної моделі" (ФМ) (схема 2) .Слой "фізичної моделі "містить такі елементи, як" тіло "," порожнеча "," середовище ", а також вимірні величини - час, швидкість, відстань. Цей двошаровий теоретичний блок доповнюється третім нетеоретичним шаром "емпіричного матеріалу" (ЕМ), що містить "конструктивні елементи" (КЕ) типу похилих площин і процедури вимірювання (І) для вимірних величин, що фігурують в шарі "фізичних моделей". Включення цього інженерного компонента в процес формування ПІБ визначає її відмінність від натурфілософії. Г. Галілей створив основу структури природної науки Нового часу.

Схема № 1.

Схема № 2.

Термоскоп фактично став прообразом термометра, і щоб підійти до його винаходу, Галілей мав радикально переглянути існуючі в той час уявлення про тепло і холоді.

Перші звістки про винахід в Голландії підзорної труби дійшли до Венеції вже в 1609. Зацікавившись цим відкриттям, Галілей значно вдосконалив прилад. 7 січня 1610 відбулася знаменна подія: направивши побудований телескоп (приблизно з 30-кратним збільшенням) на небо, Галілей помітив біля планети Юпітер три світлі точки; це були супутники Юпітера (пізніше Галілей виявив і четвертий). Повторюючи спостереження через певні інтервали часу, він переконався, що супутники обертаються навколо Юпітера. Це послужило наочною моделлю кеплеровской системи, переконаним прихильником якої зробили Галілея роздуми і досвід.

Були й інші важливі відкриття, які ще більше підривали довіру до офіційної космогонії з її догмою про незмінність світобудови: з'явилася нова зірка; винахід телескопа дозволило виявити фази Венери і переконатися, що Чумацький Шлях складається з величезного числа зірок. Відкривши сонячні плями і спостерігаючи їх переміщення, Галілей абсолютно правильно пояснив це обертанням Сонця. Вивчення поверхні Місяця показало, що вона покрита горами і порита кратерами. Навіть цей побіжний перелік дозволив би зарахувати Галілея до найбільших астрономам, але його роль була винятковою хоча б тому, що він справив воістину революційний переворот, поклавши початок інструментальної астрономії в цілому.

Сам Галілей розумів важливість зроблених ним астрономічних відкриттів. Він описав свої спостереження в творі, що вийшов в 1610 під гордою назвою "Зоряний вісник".

Найбільшим з усіх чудес представляється те, що я відкрив чотири нові планети і спостерігав властиві їм власні рухи і відмінності в їх рухах відносно один одного і щодо руху інших зірок. Ці нові планети рухаються навколо іншої дуже великої зірки так само, як Венера, і Меркурій, і, можливо, інші відомі планети рухаються навколо Сонця.

(Галілео Галілей.)

Продовжуючи телескопічні спостереження, Галілей відкрив фази Венери, сонячні плями і обертання Сонця, вивчав рух супутників Юпітера, спостерігав Сатурн. У 1611 Галілей їздив до Риму, де йому був наданий захоплений прийом при папському дворі і де у нього зав'язалася дружба з князем Чези, засновником Академії деї Лінчеї ( «Академії рисьеглазих»), членом якої він став. За наполяганням герцога Галілей опублікував своє перше антіарістотелевское твір - «Міркування про тіла, що перебувають у воді, і тих, які в ній рухаються» (1612), де застосував принцип рівних моментів до висновку умов рівноваги в жідкіхтелах.
Після виходу "Зоряного вісника" з присвятою новому Тосканскому герцогу Козімо II Медичі Галілей приймає запрошення герцога повернутися у Флоренцію, де стає придворним "філософом" і "першим математиком" університету, без зобов'язання читати лекції. На той час слава про роботи Галілея прокотилася по всій Італії, викликаючи захоплення одних і люту ненависть інших. Правда, якийсь час ворожі почуття не виявлялися. Більш того, коли в 1611 Галілей приїхав до Риму, йому був наданий захоплений прийом "першими особами" міста і церкви. Він ще не знав, що за ним заснована секретна стеження.

До 1612 наступ супротивників Галілея посилився. У 1613 його учень абат Кастеллі, професор Пізанського університету, повідомляє йому, що порушене питання про несумісність відкриттів Галілея зі Святим Письмом, причому в числі обвинувачів активно виступає і мати герцога Тосканського.

У відповідному листі Кастеллі, що виявився по суті програмним документом, Галілей дав глибокий і розгорнуту відповідь на всі звинувачення, зробивши спробу чітко розмежувати сфери науки і церкви.Майже два роки церква мовчала, можливо, не маючи про лист точних відомостей, хоча про нього вже було відомо в Пізі, Римі та Флоренції. Коли ж копія листа (до того ж з навмисними викривленнями) була спрямована в інквізицію, то дізнався про це Галілей на початку лютого 1616 їде в Рим в надії відстояти своє вчення.

Обставини і на цей раз сприяли Галілею. Незадовго до його приїзду в Рим з'явився твір одного священика, в якому висловлювалася думка, що вчення Коперника не суперечить релігії. Рекомендаційні листи герцога Тосканського переконали інквізицію, що обвинувачення Галілея в єресі безпідставні. Галілею, однак, треба було вирішити найважчу задачу: легалізувати свої наукові погляди, і він почав діяти.

За спогадами сучасників, Галілей володів блискучим даром популяризатора і полеміста, і його численні виступи мали безперечний успіх. Але він переоцінив силу наукових доводів і недооцінив силу влади захисників ідеологічних догм. У березні 1616 конгрегація єзуїтів випустила декрет, в якому оголосила вчення Коперника єретичним, а його книги забороненими. Ім'я Галілея в декреті не було названо, але приватно йому було наказано принести покаяння церкви і відмовитися від своїх поглядів.

Галілей формально підкорився наказу і вимушено змінив тактику. Протягом багатьох років він не виступав з відкритою пропагандою вчення Коперника. За цей період Галілей випустив

єдине велике твір полемічний трактат "Пробірні ваги" (1623) з приводу трьох комет, що з'явилися в 1618. За формою, дотепності і вишуканості стилю це одне з кращих творів Галілея.

У 1623 на папський престол під ім'ям Урбана VIII вступив один Галілель кардинал Маффео Барберіні. Для Галілея цю подію здавалося рівносильним звільнення від уз інтердикту (декрету). У 1630 він приїхав до Риму вже з готовим рукописом «Діалогу про приливи і відливи» (перша назва «Діалогу про дві найголовніші системи світу»), в якому системи Коперника і Птолемея представлені в розмовах трьох співрозмовників: Сагредо, Сальвиати і Сімплічіо.

Папа Урбан VIII погодився на видання книги, в якій вчення Коперника містилося б як одна з можливих гіпотез. Після тривалих цензурних поневірянь Галілей отримав довгоочікуване дозвіл на друкування з деякими змінами «Діалогу»; книга з'явилася у Флоренції на італійській мові в січні 1632. Через кілька місяців після виходу книги Галілея отримав наказ з Риму припинити подальший продаж видання. На вимогу інквізиції Галілей був змушений в лютому 1633 приїхати до Риму. Проти Галілей був збуджений процес. На чотирьох допитах - від 12 квітня до 21 червня 1633 - Галілей відрікся від вчення Коперника і 22 червня приніс на колінах публічне покаяння в церкві Maria Sopra Minerva. «Діалог» був заборонений, а Галілель 9 років офіційно вважався «в'язнем інквізиції». Спочатку він жив у Римі, в герцогському палаці, потім в своїй віллі Арчетрі, під Флоренцією. Йому були заборонені розмови з ким-небудь про рух Землі і друкування праць. Незважаючи на папський інтердикт, в протестантських країнах з'явився латинський переклад «Діалогу», в Голландії було надруковано міркування Галілея про відносини Біблії і природознавства. Нарешті, в 1638 в Голландії здалека одне з найважливіших творів Галелея, підбиває підсумок його фізичним дослідженням і містить обґрунтування динаміки, - «Бесіди і математичні докази, що стосуються двох нових галузей науки ...", в якій підсумував результати всіх своїх колишніх праць з різних відділах механіки. Книга була надрукована фірмою Ельзевірів в Лейдені в 1638 р Частина книги, присвячена механічними властивостями будівельних матеріалів і дослідженню міцності балок, являє собою перший друкована праця в області опору івленія матеріалів; датою її виходу в світ починається історія механіки пружних тіл.

Всі роботи Галілея з механіки матеріалів увійшли в перші два діалогу його книги про два нових науках. Своє виклад він починає посиланням на деякі спостереження, зроблені ним під час відвідування венеціанського арсеналу, і обговоренням властивостей геометрично подібних споруд. Він стверджує, що якщо зводити споруди геометрично подібні, то в міру збільшення їх абсолютних розмірів вони будуть ставати все більш і більш слабкими. Для пояснення он.указивает: "Невеликі обеліск, колона чи інша будівельна деталь можуть бути встановлені без будь-якої небезпеки обвалення, між тим як вельми великі елементи цього типу розпадаються на частини з-за найменших причин, а то і просто під дією свого власного ваги" . Щоб підтвердити це, він починає з дослідження міцності матеріалів при простому розтягуванні і встановлює, що міцність бруса пропорційна площі його поперечного перерізу і не залежить від його довжини. Таку міцність бруса Галілей називає "абсолютним опором розриву" і наводить кілька числових значень, що характеризують міцність міді. Визначивши абсолютне опір бруса, Галілей досліджує опір руйнуванню того ж бруса в тому випадку, коли він використовується як консоль і навантажений на вільному кінці.

На основі своєї теорії Галілей отримує ряд важливих висновків. Розглядаючи балку прямокутного поперечного перерізу, він ставить питання: "Чому і у скільки разів брус, або, краще, призма, ширина якої більше товщини, надасть більше опору зламу, коли сила прикладена в напрямку її ширини, ніж в тому випадку, коли вона діє в напрямку товщини? ". Виходячи зі свого припущення, він дає правильну відповідь: "Будь-яка лінійка або призма, ширина якої більше товщини, надасть більший опір зламу, коли вона поставлена ​​на ребро, ніж коли вона лежить плазом, і до того ж у стільки разів більше, у скільки ширина більше товщини ".

Продовжуючи дослідження задачі про балці-консолі постійного поперечного перерізу, Галілей робить висновок, що вигинає момент ваги балки зростає пропорційно квадрату довжини. Зберігаючи довжину кругових циліндрів, але змінюючи радіуси їх підстав, Галілей знаходить, що їх момент опорупропорційний кубів радіусів. Цей результат випливає з того факту, що "абсолютна" опір пропорційно площі поперечного перерізу циліндра, а плече моменту опору дорівнює радіусу циліндра.

Порівнюючи геометрично подібні консолі, навантажені власною вагою, Галілей робить висновок, що якщо вигинає момент в перерізі закладення пропорційний четвертого ступеня довжини, то момент опорупропорційний кубу лінійних розмірів. Це вказує на те, що геометрично подібні балки НЕ равнопрочность.

У міру зростання розмірів геометрично подібні балки стають все менш і менш міцними і в кінці кінців при досить великих розмірах можуть зруйнуватися під дією одного лише власної ваги. Він зауважує також, що для збереження постійної міцності розміри поперечного перерізу потрібно збільшувати в більшому відношенні, ніж те, в якому зростають довжини.

Всі ці міркування приводять Галілея до наступного важливого зауваженням загального характеру: "Ви тепер ясно бачите неможливість як для мистецтва, так і для природи збільшувати розміри своїх творів до надмірно великих; рівним чином неможливо і спорудження кораблів, палаців або храмів колосальних розмірів, якщо ми хочемо, щоб їх весла, реї, балки, скріпи, коротше, все взагалі їх частини трималися б як одне ціле; сама природа не виробляє дерев надзвичайної величини, інакше їхні рамена поламалися б від власної ваги; неможливо було б також створити і скелет людини, коня або будь-якого іншого тварини, так щоб він чинив опір і виконував би свої нормальні функції, якби розміри цих живих істот були б непомірно збільшені у висоту; таке збільшення в висоту могло б виявитися здійсненним лишьв тому випадку, якщо б для них був використаний більш твердий і міцний матеріал, або якби їх кістки були збільшені також і в ширину, від чого по формі і по вигляду ці істоти стали б походити скоріше на чудовиськ ... Якщо, навпаки, розміри тіла скоротити, то міцність його хоча і зменшиться, але не в тій же мірі; і дійсно, чим менше тіло, тим більше його відносна міцність. Так, наприклад, маленька собачка змогла б, ймовірно, забрати на своїй спині пару або навіть три таких, як вона, собачки, кінь ж, треба думати, не в силах була б підняти і однієї собі подібної ".

Галілей досліджує також балку, що лежить на двох опорах, і знаходить, що вигинає момент приймає найбільше значення в тій точці прольоту, де прикладена навантаження, так що для здійснення зламу з найменшим навантаженням це навантаження слід помістити в середину прольоту. Він зауважує, що тут видається можливість заощадити на матеріалі, зменшуючи поперечний переріз поблизу опор.

Галілей дає повне рішення задачі про консолі рівного опору, поперечний переріз якої-прямокутник. Розглядаючи спочатку призматичну консоль, він зауважує, що частина матеріалу можна з неї видалити, не завдаючи шкоди її міцності. Він показує також, що якщо ми видалимо половину матеріалу, надавши консолі форму клина, то міцність в будь-якому проміжному поперечному перерізі виявиться недостатньою. Для того щоб моменти опору перебували між собою в тому ж самому відношенні, що і згинальні моменти, ми повинні надати подовжньому обрису консолі параболічну форму. Це задовольняє вимогу рівної міцності.

На закінчення Галілей досліджує міцність порожніх балок, вказуючи, що такі балки "знаходять найрізноманітніші застосування в техніці-а ще частіше в природі-в цілях можливо більшого збільшення міцності без зростання у вазі; прикладами цього можуть служити кістки птахів і різного виду очерети: і ті й інші відрізняються великою легкістю і в той же час добре пручаються як вигину, так і зламу. Так, якби пшеничний стебло, яким підтримується перевищує його по вазі колос, був би сформований з того ж кількості матеріалу суцільним стрижнем, то він зміг би надати менший опір вигину і зламу. Перевірений і підтверджений практикою досвід вказує, що порожнисті списи або труби, будь то з дерева або з металу, завжди виявляються значно міцнішими, ніж відповідні суцільні стрижні того ж ваги при тій же довжині ... ". Порівнюючи порожнистий циліндр із суцільним тій же площі поперечного перерізу, Галілей зауважує, що їх абсолютні опору розриву однакові, а так як моменти опору рівні абсолютним опорам, помноженим на зовнішній радіус, то міцність при вигині труби буде перевищувати відповідну міцність суцільного циліндра в стільки ж разів , у скільки раа діаметр труби більше діаметру суцільного циліндра.

У 1637 Галель осліп. Він помер 8 січня 1642. В 1737 була виконана остання воля Галілея - його прах був перенесений у Флоренцію до церкви Санта-Кроче, де він був похований поруч з Мікеланджело.

Вплив Галілель на розвиток механіки, оптики і астрономії в 17 ст. неоціненно. Його наукова діяльність, величезної важливості відкриття, наукова сміливість мали вирішальне значення для перемоги геліоцентричної системи світу. Особливо значна робота Галілея по створенню основних принципів механіки. Якщо основні закони руху і не висловлені Галілель з тієї чіткістю, з якою це зробив І. Ньютон, то по суті закон інерції і закон складання рухів були їм цілком усвідомлені і застосовані до вирішення практичних завдань. Історія статики починається з Архімеда; історію динаміки відкриває Галілель Він перший висунув ідею про відносність руху (Галілея принцип відносності), вирішив ряд основних механічних проблем. Сюди відносяться перш за все вивчення законів вільного падіння тіл і падіння їх по похилій площині; закони руху тіла, кинутого під кутом до горизонту; встановлення збереження механічної енергії при коливанні маятника. Галілель завдав удар аристотелевским догматичним уявленням про абсолютно легких тілах (вогонь, повітря); в ряді дотепних дослідів він показав, що повітря - важке тіло і навіть визначив його питому вагу по відношенню до води.

Основа світогляду Галілель - визнання об'єктивного існування світу, т.е. його існування поза і незалежно від людської свідомості. Світ нескінченний, вважав він, матерія вічна. У всіх процесах, що відбуваються в природі, ніщо не знищується і не породжується - відбувається лише зміна взаємного розташування тіл або їх частин. Матерія складається з абсолютно неподільних атомів, її рух - єдине, універсальне механічне переміщення. Небесні світила подібні Землі і підкоряються єдиним законам механіки. Все в природі підпорядковане суворій механічної причинності. Справжню мету науки Галілель бачив у знаходженні причин явищ. Згідно Галілель, пізнання внутрішньої необхідності явищ є найвищий ступінь знання. Вихідним пунктом пізнання природи Галілель вважав спостереження, основою науки - досвід. Відкидаючи спроби схоластів добути істину із зіставлення текстів визнаних авторитетів і шляхом абстрактних міркувань, Галілель стверджував, що завдання вченого - «... це вивчати велику книгу природи, яка і є справжнім предметом філософії» ( «Діалог про дві найголовніші системи світу птоломєєвой і коперниковой », М. - Л., 1948, с. 21). Тих, хто сліпо дотримується думки авторитетів, не бажаючи самостійно вивчати явища природи, Галілель називав «по-рабськи умами», вважав їх негідними звання філософа і таврував як «докторів зубріння». Однак, обмежений умовами свого часу, Галілель ні послідовний; він поділяв теорію двоїстої істини і допускав божественний первотолчок.

Обдарованість Галілель обмежувалося областю науки: він був музикантом, художником, любителем мистецтв і блискучим літератором. Його наукові трактати, велика частина яких написана на народній італійській мові, хоча Галілей досконало володів латиною, можуть бути віднесені також до художніх творів по простоті і ясності викладу і блиску літературного стилю. Галілей перекладав з грецької мови на латинь, вивчав античних класиків і поетів Відродження (роботи «Нотатки до Ариосто», «Критика Тассо»), виступав у Флорентійської академії з питань вивчення Данте, написав бурлескно поему «Сатира на носять тогу». Галілей - співавтор канцони А. Сальвадорі «Про зірки Медічі» - супутниках Юпітера, відкритих Галілеєм в 1610.

Додаткова література:

1. Галілей Г. - Вибрані труди.- М. 1964.

2. Кузнецов Б. Г. Галілео Галілей. М., 1964.

3. Шмутцер Е. Ш. В. Галілео Галілей. М., 1987.

4. Анучин Д. Люди зарубіжної науки. - М .: Наука, 1960.
5. Брехт Б. Життя Галілея: Драма. - М .: Художня література, 1988.
6. Гиндикин С.Г. Розповіді про фізиків і математиків. - М .: Наука, 1985.
7. Чистяков В.Д. Розповіді про астрономів. - Мінськ: Наука, 1969.