El experimento de la Torre Inclinada de Pisa de Galileo

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Comparación de la visión anticuada y el resultado del experimento (el tamaño de las esferas representan a sus masas, no a sus volúmenes)

Se dice que entre 1589 y 1592, el científico italiano Galileo Galilei (en aquel entonces profesor de matemáticas en la Universidad de Pisa) dejó caer "pesos desiguales del mismo material" desde la Torre Inclinada de Pisa para demostrar que su tiempo de descenso era independiente de su masa, según una biografía del discípulo de Galileo, Vincenzo Viviani, compuesta en 1654 y publicada en 1717. La premisa básica ya había sido demostrada por experimentadores italianos unas décadas antes.

Según la historia, Galileo descubrió a través de este experimento que los objetos caían con la misma aceleración, lo que demostró que su predicción era cierta, al mismo tiempo que refutaba la teoría de la gravedad de Aristóteles (que afirma que los objetos caen a una velocidad proporcional a su masa). Aunque Viviani escribió que Galileo realizó "experimentos repetidos desde la altura de la Torre Inclinada de Pisa en presencia de otros profesores y todos los estudiantes", la mayoría de los historiadores consideran que se trató de un experimento mental más que de una prueba física.

Antecedentes

El filósofo griego bizantino del siglo VI y comentarista aristotélico Juan Filópono argumentó que la afirmación aristotélica de que los objetos caen proporcionalmente a su peso era incorrecta. En 1544, según Benedetto Varchi, la premisa aristotélica fue refutada experimentalmente por al menos dos italianos. En 1551, Domingo de Soto sugirió que los objetos en caída libre se aceleran de manera uniforme. Dos años después, el matemático Giambattista Benedetti cuestionó por qué dos bolas, una de hierro y otra de madera, caían a la misma velocidad. Todo esto precedió al nacimiento de Galileo Galilei en 1564.

Experimento de torre Delft

El Nieuwe Kerk en Delft, donde tuvo lugar el experimento de Stevin y de Groot

Un experimento similar fue realizado en Delft, Países Bajos, por el matemático y físico Simon Stevin y Jan Cornets de Groot (el padre de Hugo de Groot). El experimento se describe en el libro de Stevin de 1586 De Beghinselen der Weeghconst (Los principios de la estática), un libro de referencia sobre estática:

Tomemos (como el altamente educado Jan Cornets de Groot, el diligente investigador de los misterios de la naturaleza, y he hecho) dos bolas de plomo, el uno diez veces más grande y más pesado que el otro, y déjelos caer juntos de 30 pies de altura, y mostrará, que la bola más ligera no está diez veces más bajo camino que el más pesado, pero caen juntos al mismo tiempo en el suelo.... Esto demuestra que Aristóteles está equivocado.

Experimento de Galileo

En la época en que Viviani afirma que se llevó a cabo el experimento, Galileo aún no había formulado la versión final de su ley de la caída de los cuerpos. Sin embargo, había formulado una versión anterior que predecía que los cuerpos del mismo material que caían a través del mismo medio caerían a la misma velocidad. Esto era contrario a lo que Aristóteles había enseñado: que los objetos pesados caen más rápido que los más ligeros y en proporción directa a su peso. Si bien esta historia ha sido contada en relatos populares, no hay ningún relato del propio Galileo sobre tal experimento, y muchos historiadores creen que fue un experimento mental. Una excepción es Stillman Drake, quien sostiene que se llevó a cabo, más o menos como lo describió Viviani, como una demostración para los estudiantes.

El experimento de pensamiento de Galileo se refería al resultado c) de adjuntar una pequeña piedra (a) a un mayor (b)

Galileo expuso sus ideas sobre la caída de los cuerpos y sobre los proyectiles en general en su libro Dos nuevas ciencias (1638). Las dos ciencias eran la ciencia del movimiento, que se convirtió en la piedra angular de la física, y la ciencia de los materiales y la construcción, una importante contribución a la ingeniería. Galileo llegó a su hipótesis mediante un famoso experimento mental descrito en su libro Sobre el movimiento. Escribe:

Salviati. Si entonces tomamos dos cuerpos cuyas velocidades naturales son diferentes, está claro que al unir los dos, el más rápido será parcialmente retardado por el más lento, y el más lento será un poco apresurado por el más rápido. ¿No estás de acuerdo conmigo en esta opinión?

Simplicio. Tienes razón.

Salviati. Pero si esto es cierto, y si una gran piedra se mueve con una velocidad de, digamos, ocho mientras que un pequeño se mueve con una velocidad de cuatro, entonces cuando se unen, el sistema se moverá con una velocidad inferior a ocho; pero las dos piedras cuando se unen hacen una piedra más grande que la que antes se movía con una velocidad de ocho. Por lo tanto el cuerpo más pesado se mueve con menos velocidad que el más ligero; un efecto que es contrario a su suposición. Así ves cómo, desde tu suposición de que el cuerpo más pesado se mueve más rápidamente que el más ligero, inferiré que el cuerpo más pesado se mueve más lentamente.

Su argumento es que si asumimos que los objetos más pesados caen efectivamente más rápido que los más livianos (y, a la inversa, los objetos más livianos caen más lentamente), la cuerda pronto se tensará, ya que el objeto más liviano retarda la caída del objeto más pesado. Pero el sistema considerado como un todo es más pesado que el objeto pesado solo, y por lo tanto debería caer más rápido. Esta contradicción nos lleva a concluir que la suposición es falsa.

Actuaciones posteriores

Martillo y pluma caer en la Luna por el astronauta David Scott, Apolo 15 (1.38 MB, ogg/Theora format)

El astronauta David Scott realizó una versión del experimento en la Luna durante la misión Apolo 15 en 1971, dejando caer una pluma y un martillo de sus manos. Debido a la insignificante atmósfera lunar, no hubo resistencia al avance sobre la pluma, que alcanzó la superficie lunar al mismo tiempo que el martillo.

La premisa básica de estos experimentos se conoce hoy como el principio de equivalencia (débil). La hipótesis de Galileo de que la masa inercial (resistencia a la aceleración) es igual a la masa gravitacional (peso) fue ampliada por Albert Einstein para incluir la relatividad especial y esa combinación se convirtió en un concepto clave que condujo al desarrollo de la teoría moderna de la gravedad, la relatividad general. Los experimentos físicos posteriores a Galileo aumentaron la precisión de la equivalencia a más de una parte en un billón.

Véase también

  • Experimento de torre Delft
  • Velocidad terminal (Un objeto caído a través del aire de una altura suficiente alcanzará una velocidad constante, llamada la velocidad terminal, cuando la fuerza de arrastre aerodinámica empujando hacia arriba en el cuerpo equilibra la fuerza gravitacional (peso) que baja el cuerpo.)
  • Efecto Nordtvedt
  • La segunda ley de Newton
  • Law of Inertia

Notas

  1. ^ Algunas fuentes contemporáneas especulan sobre la fecha exacta; por ejemplo. Rachel Hilliam da 1591Galileo Galilei: Padre de la Ciencia Moderna, The Rosen Publishing Group, 2005, p. 101).
  2. ^ a b Vincenzo Viviani (1717), Racconto istorico della vita di Galileo Galilei, p. 606: [...dimostrando ciò con replicate esperienze, fatte dall'altezza del Campanile di Pisa con l'intervento delli altri lettori e filosofi e di tutta la scolaresca... [...Galileo mostró esto [todos los cuerpos, cualquiera que sea su peso, caen con igual velocidad] por repetidos experimentos realizados desde la altura de la Torre de Pisa en presencia de otros profesores y todos los estudiantes...].
  3. ^ a b c d Drake, Stillman (2003). Galileo en el trabajo: Su ciencia Biografía (Facsim. ed.). Mineola (N.Y.): Dover publ. ISBN 9780486495422.
  4. ^ "Sci Tech: Historia de la ciencia: establecer el registro recto". El hindú. 30 de junio de 2005. Archivado desde el original el 2 de noviembre de 2005. Retrieved 5 de mayo, 2009.
  5. ^ Vincenzo Viviani en museo galileo
  6. ^ "El experimento más famoso de Galileo probablemente nunca tuvo lugar". La Conversación. May 16, 2019. Retrieved 17 de mayo, 2019.
  7. ^ Wildberg, Christian, "John Philoponus", La Enciclopedia Stanford de Filosofía (Winter 2018 Edition), Edward N. Zalta (ed.) "En cuanto al movimiento natural de los cuerpos cayendo a través de un medio, fue la afirmación de Aristóteles que la velocidad es proporcional al peso de los cuerpos en movimiento e indirectamente proporcional a la densidad del medio. Philoponus repudia esta opinión apelando al mismo tipo de experimento que Galileo llevaría a cabo siglos más tarde (en Phys. 682-84)."
  8. ^ a b c Wallace, William A. (2018) [2004]. Domingo de Soto y el Early Galileo: Ensayos sobre Historia Intelectual. Abingdon, UK: Routledge. pp. 119, 121–22. ISBN 978-1-351-15959-3.
  9. ^ Laet nemen (soo den hoochgheleerden H. IAN CORNETS DE GROOT vlietichste ondersoucker der Naturens verborghentheden, ende ick ghedaen hebben) twee loyen valle d'een thmael grooter en swaerder als d'ander, die laet t'samen S'ghelijcx bevint hem daetlick oock also, met twee evegroote lichamen in thienvoudighe reden der swaerheyt, daerom Aristoteles voornomde everedenheyt is onrecht. En: Simon Stevin, De Beghinselen der Weeghconst1586.
  10. ^ Asimov, Isaac (1964). Enciclopedia Biográfica de Asimov de Ciencia y Tecnología. ISBN 978-0385177719
  11. ^ E. J. Dijksterhuis, ed., Obras principales de Simon Stevin. Amsterdam, Países Bajos: C. V. Swets " Zeitlinger, 1955 vol. 1, págs. 509, 511.
  12. ^ Sharratt, M. (1994). Galileo: Innovador decisivo. Cambridge University Press. p. 31. ISBN 0-521-56671-1.
  13. ^ Groleau, R. (julio de 2002). "Galileo's Battle for the Heavens". PBS.
  14. ^ Van Helden, Albert (1995). "En movimiento". El Proyecto Galileo.
  15. ^ "Galileo sobre Aristóteles y Aceleración". Retrieved 2008-05-24.
  16. ^ "El Apolo 15 Hammer-Feather Drop". Luna: Ciencia de la NASA. Retrieved 5 de septiembre 2022.
  17. ^ Schlamminger, Stephan; Choi, Ki-Young; Wagner, Todd A.; Gundlach, Jens H.; Adelberger, Eric G. (2008). "Test of the Equivalence Principle Using a Rotating Torsion Balance". Cartas de revisión física. 100 (4): 041101. arXiv:0712.0607. Bibcode:2008 PhRvL.100d1101S. doi:10.1103/PhysRevLett.100.041101. PMID 18352252. S2CID 18653407.

Más lectura

  • Adler, Carl G. (1978). "Galileo y la Torre de Pisa experimentan". Diario Americano de Física. 46 (3): 199–201. Bibcode:1978AmJPh..46..199A. doi:10.1119/1.11165.
  • Crease, Robert P. (2006). "La leyenda de la torre inclinada". En Hall, Linley Erin (ed.). Las leyes del movimiento: una antología del pensamiento actual. Reimpresión de un artículo en Mundo de la Física, febrero de 2003. (1a edición). New York: Rosen Pub. Group. pp. 8–14. ISBN 9781404204089.
  • Segre, Michael (1989). "Galileo, Viviani y la torre de Pisa". Estudios en Historia y Filosofía de la Ciencia Parte A. 20 (4): 435–451. código:1989SHPSA..20..435S. doi:10.1016/0039-3681(89)90018-6.
  • Experimento Galileo sobre la Luna
  • Galileo y la Torre de Pisa
  • El martillo-fetera Suelta en la cámara de vacío más grande del mundo
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