Номер 1, страница 108 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Параграф 1.23. Свободное падение. Глава 1. Кинематика точки. Основные понятия кинематики. Кинематика - номер 1, страница 108.

Условие.

? 1. Какие гипотезы проверял Галилей?

Решение.

Галилео Галилей был одним из первых учёных, кто применил научный метод, основанный на эксперименте и математическом анализе, для проверки гипотез о природе. Его работа кардинально изменила представления о движении тел и строении Вселенной, опровергнув многовековые догмы аристотелевской физики и птолемеевской астрономии. Ключевые гипотезы, которые он проверял, можно разделить на две основные области.

1. Гипотезы в области механики:

а) Все тела падают с одинаковым ускорением.
Вопреки учению Аристотеля, утверждавшего, что скорость падения тела пропорциональна его весу, Галилей предположил, что в вакууме все тела, независимо от их массы, формы или плотности, падают с одинаковым постоянным ускорением. Поскольку создать вакуум в то время было невозможно, а сопротивление воздуха сильно влияло на лёгкие предметы, Галилей проводил свои знаменитые опыты, скатывая шары по наклонной плоскости. Это позволило "замедлить" падение и с большей точностью измерить время и расстояние. Эксперименты убедительно показали, что ускорение не зависит от массы шара, подтвердив гипотезу.

б) Движение при падении является равноускоренным.
Галилей выдвинул гипотезу, что при свободном падении скорость тела увеличивается пропорционально времени ($v \propto t$), а пройденный путь — пропорционально квадрату времени ($s \propto t^2$). В ходе тех же опытов с наклонной плоскостью он измерял, какое расстояние проходит шар за равные промежутки времени. Результаты подтвердили его предположение и легли в основу математического описания равноускоренного движения, например, в виде формулы $s = \frac{1}{2}gt^2$, где $g$ — ускорение свободного падения.

в) Принцип инерции.
Аристотелевская физика утверждала, что для поддержания движения тела необходимо постоянное воздействие силы. Галилей же, основываясь на мысленных экспериментах и наблюдениях, сформулировал гипотезу, которая стала прообразом первого закона Ньютона: если на тело не действуют никакие внешние силы, оно либо находится в состоянии покоя, либо движется равномерно и прямолинейно. Он пришел к этому выводу, анализируя движение шара по горизонтальной плоскости после скатывания с наклонной.

2. Гипотезы в области астрономии (поддержка гелиоцентрической модели Коперника):

Используя усовершенствованный им телескоп, Галилей провёл ряд наблюдений, которые послужили экспериментальной проверкой гелиоцентрической гипотезы Николая Коперника (Земля и планеты вращаются вокруг Солнца) и опровержением геоцентрической модели (всё вращается вокруг Земли).

а) Земля не является единственным центром вращения во Вселенной.
В 1610 году он открыл четыре спутника Юпитера. Наблюдая за их движением, он доказал, что они обращаются вокруг Юпитера, а не вокруг Земли. Это наглядно демонстрировало, что существуют иные центры небесного вращения, что противоречило основам геоцентрической системы.

б) Планеты Венера и Меркурий вращаются вокруг Солнца, а не Земли.
Галилей наблюдал, что Венера проходит через все фазы, аналогичные лунным — от нововенерия до полной Венеры. Согласно модели Птолемея, где Венера всегда находится между Землёй и Солнцем, она могла бы иметь только фазы серпа. Полный цикл фаз был возможен только в том случае, если Венера обращается вокруг Солнца, находясь то ближе к Земле, чем Солнце, то дальше.

в) Небесные тела не являются идеальными "эфирными" сферами.
Учение Аристотеля гласило, что небесные тела состоят из особого, совершенного пятого элемента (эфира) и имеют идеально гладкую сферическую форму. Телескоп Галилея показал, что Луна покрыта горами и кратерами, подобно Земле. Он также обнаружил тёмные пятна на Солнце, перемещение которых доказывало, что Солнце вращается вокруг своей оси и его поверхность не является неизменной и совершенной. Эти наблюдения стирали фундаментальное различие между "земным" и "небесным" мирами.

Ответ: Галилей проверял ряд революционных для своего времени гипотез. В механике он доказал, что ускорение свободного падения не зависит от массы тела, и установил законы равноускоренного движения ($s \propto t^2$), а также сформулировал принцип инерции. В астрономии он нашёл экспериментальные подтверждения гелиоцентрической гипотезы Коперника, открыв спутники Юпитера, фазы Венеры, горы на Луне и пятна на Солнце.