V škole sa toho učíme veľmi veľa a často aj veľmi veľa zaujímavého. Vesmír sa rozpína, ľudia pochádzajú z Afriky, jadro atómu sa skladá z protónov a neutrónov, Cyril a Metod sa spájajú s rokom 863… V prírodných vedách je okrem prirodzenej otázky Ako to je? zaujímavá aj otázka Ako na to ľudia prišli? Odpovede sú zakódované v mnohých prekvapivých a čiastkových náznakoch, ktoré nám príroda ponúka, a preto nie je vždy jasné, ako informáciu použiť.
V tejto knižke sa pozrieme na niekoľko momentov z histórie fyziky, pri ktorých cesta k prírodným zákonom nebola ani náznakom priamočiara. Niekedy blúdili celé generácie, niekedy iba jeden človek. Niektoré blúdenia správne nasmerovala jedna konkrétna informácia, niekedy debata prebiehala desaťročia. Budeme svedkami mnohých z najvýznamnejších a najprekvapivejších momentov z histórie fyziky a na záver si povieme, ako v ďalších otázkach blúdime ešte aj v súčasnosti. Hlavne zistíme, že veda nie je jeden víťazný pochod za poznaním a slávou, ale skôr predieranie sa džungľou, a úspech jedného stojí na práci či na produktívnom neúspechu iných.
Galileo Galilei a zotrvačnosť
Vplyv, ktorý mal na modernú vedu taliansky renesančný učenec Galileo Galilei (1564 – 1642), sa dá len veľmi ťažko preceniť. Pre nás bude dôležitá jeho práca v astronómii a zavedenie konceptu zotrvačnosti.
Galilei roku 1609 skonštruoval prvý ďalekohľad, ktorým sa dali robiť praktické astronomické pozorovania. Tak získal nástroj s ohromnou silou objavovať na oblohe doposiaľ neviditeľné javy. Asi nás neprekvapí, že ich nebolo málo.
Galilei na povrchu Mesiaca uvidel tiene, ktoré sa pohybovali so Slnkom a ktoré museli byť dôsledkom vrchov, údolí a kráterov. Toto pozorovanie ukázalo, že Mesiac určite nie je dokonalá guľa, ktorá sa zašpinila od nedokonalej pozemskej sféry. Pri pozorovaní Venuše roku 1610 Galilei uvidel fázy. Rovnako ako Mesiac aj Venuša mení na oblohe svoj výzor podľa toho, ktorá jej časť smeruje k Slnku. To jasne dokazovalo, že Venuša nevydáva svoje vlastné svetlo a musí obiehať okolo Slnka, nie okolo Zeme. V tom istom roku si Galilei pri pozorovaní Jupitera všimol, že okolo tejto planéty tiež obieha niekoľko telies a v žiadnom prípade teda nemôže byť pravda, že nebeské telesá obiehajú výhradne okolo Zeme. Neskôr sa dokonca ukázalo, že tieto mesiace obiehajú okolo Jupitera podľa rovnakých (Keplerových) zákonov ako planéty okolo Slnka.
Týmito pozorovaniami Galilei vyvrátil niekoľko základných predstáv a argumentov, na ktorých bolo postavené geocentrické usporiadanie nášho vesmíru – našej Slnečnej sústavy. Jeho ďalšou úlohou v páde aristotelovskej fyziky bolo vyvrátenie predstavy pokoja ako prirodzeného stavu telies.
Hovorí sa, že dôležitú úlohu v tom hral experiment, pri ktorom mal Galilei zhadzovať predmety z naklonenej veže v Pise. Tak si mal všimnúť, že všetky telesá zrýchľujú pri voľnom páde rovnako, teda bez ohľadu na svoju hmotnosť. Tento konkrétny experiment Galilei zrejme neuskutočnil, jeho autorom bol flámsky učenec Simon Stevin (1548 – 1620) a miestom kostolná veža v meste Delft.
Pravdou však určite je, že Galilei uskutočnil experimenty s rovnakým záverom. Použil gule, ktoré sa valili po naklonených rovinách. To spomalilo ich zrýchľovanie, čím sa znížil efekt odporu vzduchu a zjednodušilo sa meranie časových intervalov, ktoré v tej dobe ešte nebolo veľmi presné. Záver z týchto experimentov bol, že telesá zrýchľujú rovnako, teda bez ohľadu na hmotnosť, a že toto zrýchlenie je rovnomerné.
Galilei pri ďalších pokusoch postavil na koniec klesajúcej naklonenej roviny druhú naklonenú rovinu, tentoraz stúpajúcu. Pritom zistil, že guľa vyjde do rovnakej zvislej výšky, z akej bola spustená, a to bez ohľadu na sklon jednej či druhej naklonenej roviny. Tým položil základ úvah o zachovaní mechanickej energie. Dôležitejšie však je, že nasledujúcim myšlienkovým experimentom prišiel ku konceptu zotrvačnosti, a tým aj rovnomerného priamočiareho pohybu ako význačného stavu telies.
Pri pokusoch sa naklonená rovina, z ktorej sa guľa spúšťa, nemení, ale sklon naklonenej roviny, do ktorej guľa stúpa, sa postupne znižuje. Ak má guľa vyjsť do rovnakej zvislej výšky, z akej bola spustená, na plytšej a plytšej naklonenej rovine bude musieť zájsť ďalej a ďalej. Ak bude druhá rovina úplne vyrovnaná, guľa bude pokračovať donekonečna a nezastane nikdy. Na základe toho vyslovil Galilei myšlienku, že prirodzeným stavom telies je rovnomerný priamočiary pohyb. Táto vlastnosť dostala názov zotrvačnosť, pretože telesá v pohybe zotrvávajú a nezastavujú sa.
Aristotelovská mechanika bola v mysliach učencov tej doby veľmi hlboko zakorenená. Galileiho úvahy o zotrvačnosti a bezprecedentná presnosť a jednoduchosť Keplerových zákonov ju však veľmi výrazne rozkývali. Na definitívny pád potrebovala už len posledný úder.
Knihu vydalo Vydavateľstvo Matice slovenskej, s. r. o., pre Centrum vedecko-technických informácií SR v roku 2021.
Súťažná otázka
Ak nám do 31. júla 2024 pošlete správnu odpoveď na otázku:
Čo majú spoločné Galileo Galilei a Leonardo Fibonacci? (Uveďte aspoň dve odpovede.)
zaradíme vás do žrebovania o knihu Juraja Tekela: Fyzika v slepých uličkách, ktorú pre CVTI SR vydalo Vydavateľstvo Matice slovenskej, s. r. o.
Svoje odpovede posielajte na adresu redakcie: odpovednik@quark.sk alebo Quark, Staré grunty 52, 841 04 Bratislava 4.
