المپياد جهاني فيزيك
 پيوندهاي المپياد فيزيك
 
 کشتي گاليله
کشتي گاليلهزنگ تفريح فيزيك
نسبيت گاليله‌اي
 
 
 
گاليلئو گاليله در دوره‌ي علم مُدرن با ايده‌ها و اختراعات انقلابي‌اش تحولي ايجاد کرد. گاليله را احتمالاً بيشتر به‌خاطر نقش عظيمش در پيشرفت ساخت تلسکوپ‌ها و رصد و حرکت اجرام سماوي شناخته مي‌شود. ولي او مفاهيم روزمره‌ي ما را هم در عالم به چالش کشيد.
قبل از گاليله، فيلسوفان و عالمان الهيات به شکل گسترده‌اي بر اين ايده راسخ بودند که زمين در مرکز عالم است، و تصور مي‌کردند، اجرام سماوي دور اين مرواريد آبي رنگ ما مي‌گردند. ولي گاليله از ايده‌اي دفاع مي‌کرد که زمين و سيارات ديگر دور خورشيد که بدون حرکت است مي‌گردند. اين ايده بخصوص خورشيد به عنوان يک ثابت، را روحاني لهستاني بنام کپرنيک مطرح کرد. اين ايده به شدت از کليساي کاتوليک مورد غضب قرار گرفت، ولي ناگهان، خورشيد مرکزي گليله‌ جايگاه خود را تثبيت کرد.
در آن زمان، بسياري فکر مي‌کردند زمين بر خلاف تجربه روزانه مطابق نظر کليسا حرکت مي‌کند. 

 

گاليله براي اينکه نشان دهد زمين چطور حرکت مي‌کند، آزمايشي طراحي کرد که در کتابش به سال ۱۶۳۲ «ديالوگ‌هايي درباره‌ي دو سيستم اصلي جهان»، آورده است.  اين کار در آن زمان اثباتي بود که تأثير به سزايي بر حوزه علم تجربي گذاشت، به‌طوريکه حتي از پاپ آن زمان هم اجازه‌ي چاپ گرفت. اگرچه آزمايش کشتي گاليله براي ما بديهي‌ست ولي اين آزمايش همان جرقه‌ي اصلي نسبيت خاص آينشتاين بود (يکي از چاپ‌هاي موجود گاليله با مقدمه آينشتاين هم هست که در بازار جهاني کتاب به فروش مي‌رسد).

 آزمايش
 
تصور کنيد گاليله (البته به شکل عروسکي مثل تصوير زير) در هال بدون پنجره‌ي يک کشتي نشسته است و هيچ ديدي هم به دريا ندارد. کشتي با سرعت بالا ولي ثابت حرکت مي‌کند. در اين حالت، بودن در هال کشتي حسي شبيه کشتي در حال سکون دارد. يعني گاليله نوعي اصلاً نمي‌تواند تشخيص دهد کشتي درحال حرکت است يا سکون.
 
 
گاليله تا رسيدن کشتي به سرعت ثابت (سمت چپ در شکل)، با ابزارهاي مکانيکي آزمايشگاهي کار مي‌کند. حالا براي مثال تصور کنيد که يک توپ زمين بيندازد. مثلاً از دکل ناخدا تا کف کشتي. اگر کشتي در اسکله در حال سکون بود، توپ مستقيم زمين مي‌افتاد. به عبارتي مسير مستقيم طي مي‌کرد. ولي اگر در حال حرکت باشد، انهم با سرعت ثابت تفاوتي خواهد کرد؟
گاليله آزمايش مشابهي انجام داد و کشف کرد که توپ دقيقاً مستقيم جلوي پايش مي‌افتد. درست مثل زماني که در حال سکون بود. از ديد گاليله در هال کشتي، هيج فرقي نمي‌کند، که کشتي در با سرعت ثابت حرکت کند يا ساکن باشد. ولي اختلاف اين‌دو حالت از جايي نمود پيدا مي‌کند که شما چارچوب مرجع‌تان عوض شود. در شکل بالا، جلوي کشتي حالت ساکن (نسبت به زمين) و ماهي در زمان خاصي مثل t1. ثانيه‌هايي بعد، در زمان t2  توپ به زمين مي‌خورد و از ماهي هم از ديد ناظر بيروني مي‌گذرد.
ماهي، يا ناظر بيروني، اينطور مي‌بيند که نه فقط توپ عمودي افتاده بلکه در راستاي افقي هم چند سانتي‌متر حرکت داشته است. به طور مشابه، اگر گاليله يک لوله‌ داشت که اين رويداد را از آن در راستاي حرکت توپ مي‌ديد، متوجه مي‌شد که ماهي نسبت کشتي حرکت کرده. اين بدان معناست که هيج نسبت مطلقي وجود ندارد. اندازه‌گيري سرعت بسته به چارچوب مرجع نتيجه‌ي متفاوتي خواهد داشت. براي مثال، توپي که گاليله استفاده کرد از ديد خودش حرکت دومي نداشته، چون اون در اتاقي بدون پنجره به سر مي‌برد. با اين‌حال ماهي توپ را مي‌بيند که در راستاي افق هم حرکت مي‌کند. هيچکدام از اندازه‌گيري‌ها درست نيست. در واقع نسبي است.
 
خب پس چي؟
 گاليله از اين آزمايش براي نشان دادن اين حقيقت که زميت ممکن است بدون تناقض با تجربه روزانه ما، از جهان، حرکت کند. حتي اگر زمين حرکت کند، همه چيز روي آن با همان سرعت زمين حرکت خواهند کرد. در نتيجه عالم خورشيد مرکز گاليله در ذهن او  و ديدگاه کليسا بايد غيرقابل تمايز بوده باشد.
نام او يکبار براي نسبيت دچار لغزش شد ولي تاکنون به همان دليل همواره شنيده مي‌شود. آزمايش‌هاي متعدد مکانيکي که براي سقوط آزاد انجام داد و نتيجه گرفت:
«هرگز نخواهيد فهميد که تغييري به هر شکلي اتفاق افتاده؛ نه مي‌توانيد بگوييد کشتي حرکت مي‌کند نه مي‌توانيد بگوييد ساکن است.»
به عبارت بهتر، با آزمايش از دو چارچوب مختلف به اين نتيجه مي‌رسيم که سرعت ثابت و سکون فرقي با هم ندارند. آزمون فکري گاليله يکي از مهم‌ترين جرقه‌هاي مفهوم چارچوب مرجع بود. اگرچه هرگز تا قرن ۱۹ مورد استفاده قرار نگرفت. آينشتاين ايده‌ي گاليله را را براي نسبيت خاص در اوايل ۱۹۰۰ به کار گرفت. اين دو نسبيت با هم در مواردي در تناقض هستند.
آزمايش فکري (يا واقعي) ساده‌ي گاليله تفکري علمي را به‌وجود آورد که قرن‌ها مورد استفاه قرار گرفت، و شما هنو زهم مي‌توانيد آن را براي خودتان آزمايش کنيد. مثلآً در ماشين، قطار يا هواپيما که هستيد، و سرعت ثابت است دقت کنيد. حس سکون داريد، اگر جسمي از کنار شما جسمي ساکن باشد و از کنارش بگذريد متوجه نمي‌شويد آن جسم در حال حرگت است يا شما. مگر اينکه شتاب را حس کنيد. به عبارتي سرعت وسيله‌اي که در آن هستيد ناگهان تغيير کند و حرکت شتابدار شود.
 

 
 
 
1392/9/15لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 
 المپياد فيزيك

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد فيزيك
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  1189
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  1189