گالیله و دینامیک

در حالیکه ستوینوس پیشرفتهای شایانی در مطالعات استاتیکی خود بدست آورد، افتخار نخستین پیشرفت در علم دینامیک، یعنی مطالعه حرکت اجسام مادی، نصیب فرزند یک نجیب زاده تهیدست ایتالیایی به نام وینچنتسو گالیلئی شد. با اینکه آقای وینچنستو خودش به ریاضیات علاقه داشت ، برای پسر جوان خود گالیلئو حرفه ثمربخشتر پزشکی را در نظر گرفته بود. از این رو، در سال ۱۵۸۱گالیلئو معروف به گالیله ، در سن ۱۷ سالگی تحصیل پزشکی را در دانشگاه پیزا آغاز کرد. اما ظاهرا وی تشریح بدن مردگان را شغل چندان جالبی نیافت، و فکر بیقرارش در جست و جوی مسائلی از نوع دیگر بود.
یکبار ، هنگام شرکت در مراسمی مذهبیدر کلیسا پیزا ،به شمعدان آویخته ای نگاه میکرد که وقتی شمعهای آن را روشن می کردند به حرکت در می آمد . نوسانهای پی پی در شمعدان، در ضمن اینکه شمعدان رو به توقف میرفت، به تدریج کند میشد.گالیله از خود پرسیدکه " آیا مدت هر نوسان ،ضمن کند شدن حرکت، کوتاهتر میشود؟" چون گالیله ساعت ثانیه شمار نداشت- زیرا چنین ساعتی هنوز اختراع نشده بود- بر آن شد که مدت نوسانهای متوالی را با شمارش ضربان نبض خود اندازه بگیرد . شاید هم با شگفتی کشف کرد که با آن که نوسانها تدریجا کوتاهتر می شدند مدت هر نوسان کاملا ثابت باقی میماند . وقتی که به خانه بازگشت آزمایش خود را با سنگی که به انتهای ریسمانی بست تکرار کرد و همان نتیجه را گرفت. در ضمن این را هم کشف کرد که به ازاء طول معینی از ریسمان مدت نوسان یا دوره تناوب ثابت است و سنگی که دز آزمایشها به کار مبرد چه سبک باشد چه سنگین همیشه همان نتیجه را به دست میدهد. از همین جا وسیله ای که امروزه به آونگ معروف است پا به عرصه وجود گذارد. در حالیکه هنوز حرفه پزشکی را دنبال میکرد ، مسیر کشف خود را تغییر داد و استفاده از آونگی با یک طول استاندارد را برای اندازه گیری ضربان نبض بیماران پیشنهاد کرد ، این اسباب که اکنون به نبض سنج موسوم است در پزشکی آن زمان بسیار متداول گردید و پیشگامی شد برای پرستاران جدیدی که نبض بیمار را در دست خود نگاه میدارند و به ساعت مچی خود نگاه میکنند. اما این آخرین سهمی بود که گالیله به علم پزشکی ادا کرد زیرا مطالعه آونگ ودیگر وسائل مکانیکی مسیر فکری و توجه او را به کلی تغییر داد پس از آن که پدر خود را قانع ساخت نقشه های تحصیلی خود را تغییر داد و مطالعه ریاضیات و علوم را آغاز کرد.
چند سالی توجه گالیله به موضوعی که امروزه دینامیک – یعنی مطالعه قوانین حرکتی تحت تاثیر نیرو- نامیده میشود متمرکز شد. چرا دوره تناوب آونگ با دامنه حرکت آن یعنی اندازه نوسان بستگی ندارد ؟ چرا یک سنگ سبک و یک سنگ سنگین که به انتهای یک ریسمان آویخته میشدند هر دو دارای یک دوره تناوب بودند؟ گالیله هرگز مسئله اول را حل نکرد زیرا حل آن به محاسباتی نیاز داشت که تقریبا یک قرن بعد توسط نیوتن ابداع شد مسئله دوم را نیز حل نکرد و این مسئله تا ظهور نظریه نسبیت انیشتن خل نشده باقی ماند اما به تحقیق در بیان هر دو مسئله سهم بسزایی داشت ، اگرچه آنها را حل نکرد! حرکت یک آونگ حالت خاصی است از سقوطی که بر اثر نیروی ثقل( جاذبه ) حاصل میشود. هرگاه سنگی را که به هیچ چیز متصل نیست رها کنیم راست بر زمین فرود خواهد آمد. اما اگر به ریسمانی بسته شده باشد که به وسیله قلابی به سقف مثصل است پس از آن که آنرا رها کردیم وادار میشود که در امتداد قوسی از دایره فرود آید. اگر یک سنگ سبک و یک سنگ سنگین که به یک ریسمان متصل شده اند هر دو در یک مدت زمانی به پایینترین موضع سقوط خود برسند( ¼ دوره تناوب آونگی) لازم میاید که این دوسنگ اگر از یک ارتفاع یه آزادی رها شوند در یک مدت به زمین برسند. این نتیجه گیری با عقیده پذیرفته شده فلسفه ارسطویی آن زمان که بنا بر آن اجسام سنگین تندتر از اجسام سبک فرو می افتند تناقض داشت. گالیله برای اثبات نظریه خود دو گلوله یکی چوبی و دیگری آهنی را از بالای برج پیزا فرو افکند و تماشاگران بی اعتقاد از پایین برج مشاهده کردند که هر دو گلوله در یک لحظه به زمین رسیدند. تحقیقات تاریخی ظاهرا میرساند که چنین آزمایشی هرگز صورت نگرفته است و تنها افسانه ای است ساخته ای.ونیز محقق نیست که گالیله قانون آونگ را در هنگام عبادت در کلیسای پیزا کشف کرده باشد . اما یقین است که وی اجسامی با وزنهای مختلف را شاید از بام خانه خود فرو افکنده و سنگهای متصل به ریسمانی را شاید در حیاط خانه اش به نوسان در آورده است.

منبع : نظریه سی.پی.اچ