Co vynalezl Galileo?

Galileo je považován za jednoho z největších astronomů všech dob. Jeho objev hlavních Jupiterových měsíců (Io, Europa, Ganymedes a Callisto) způsobil převrat v astronomii a pomohl urychlit přijetí Koperníkova modelu vesmíru. Galileo je však známý také díky četným vědeckým vynálezům, které za svého života učinil.

Mezi ně patřil jeho slavný dalekohled, ale také řada zařízení, která měla zásadní vliv na zeměměřičství, používání dělostřelectva, vývoj hodin a meteorologii. Mnoho z nich Galileo vytvořil, aby si přivydělal na živobytí své rodiny. Nakonec však pomohly upevnit jeho pověst muže, který zpochybnil staletími zažité představy a způsobil převrat ve vědě.

Hydrostatické váhy:

Inspirován příběhem o Archimédovi a jeho „heuréka“ okamžiku se Galileo začal zabývat tím, jak klenotníci vážili drahé kovy na vzduchu a poté pomocí výtlaku, aby určili jejich specifickou hmotnost. V roce 1586, ve svých 22 letech, teoreticky vymyslel lepší metodu, kterou popsal v traktátu nazvaném La Bilancetta (neboli „Malé váhy“).

V tomto traktátu popsal přesnou váhu pro vážení věcí na vzduchu a ve vodě, u níž byla část ramene, na které bylo zavěšeno protizávaží, omotána kovovým drátem. Množství, o které bylo třeba protizávaží při vážení ve vodě posunout, pak bylo možné velmi přesně určit počítáním počtu otočení drátu. Přitom bylo možné přímo odečíst poměr kovů, například zlata a stříbra, v předmětu.

Galileova pumpa:

V roce 1592 byl Galileo jmenován profesorem matematiky na univerzitě v Padově a často jezdil do Arsenálu – vnitřního přístavu, kde se vybavovaly benátské lodě. Arzenál byl po staletí místem praktických vynálezů a inovací a Galileo využil této příležitosti k podrobnému studiu mechanických zařízení.

V roce 1593 byl konzultován ohledně umístění vesel na galérách a předložil zprávu, v níž považoval veslo za páku a správně učinil opěrným bodem vodu. O rok později mu benátský senát udělil patent na zařízení pro zvedání vody, jehož provoz se opíral o jediného koně. To se stalo základem moderních čerpadel.

Pro některé byla Galileova pumpa pouhým vylepšením Archimédova šroubu, který byl poprvé vyvinut ve třetím století před naším letopočtem a patentován v Benátské republice v roce 1567. Existují však zjevné důkazy spojující Galileův vynález s Archimédovou dřívější a méně propracovanou konstrukcí.

Kyvné hodiny:

V průběhu 16. století byla aristotelská fyzika stále převládajícím způsobem vysvětlování chování těles v blízkosti Země. Věřilo se například, že těžká tělesa hledají své přirozené místo nebo klid – tedy ve středu věcí. V důsledku toho neexistoval žádný způsob, jak vysvětlit chování kyvadla, kdy se těžké těleso zavěšené na laně kývalo sem a tam a nehledalo klid uprostřed.

Již Galileo prováděl pokusy, které prokázaly, že těžší tělesa nepadají rychleji než lehčí – další přesvědčení odpovídající aristotelské teorii. Kromě toho také prokázal, že předměty vržené do vzduchu se pohybují po parabolických obloucích. Na základě toho a své fascinace pohybem zavěšeného závaží tam a zpět začal v roce 1588 zkoumat kyvadla.

V roce 1602 vysvětlil svá pozorování v dopise příteli, v němž popsal princip izochronismu. Podle Galilea tento princip tvrdil, že doba, za kterou se kyvadlo rozhoupe, nesouvisí s obloukem kyvadla, ale s délkou kyvadla. Srovnáním dvou kyvadel podobné délky Galileo prokázal, že se budou kývat stejnou rychlostí, přestože jsou natahována různě dlouho.

Podle Vincenza Viviana, jednoho z Galileových současníků, vytvořil Galileo v roce 1641, kdy byl v domácím vězení, návrh kyvadlových hodin. Bohužel, protože byl v té době slepý, nestihl jej dokončit před svou smrtí v roce 1642. V důsledku toho je za první zaznamenaný návrh kyvadlových hodin považována publikace Christiaana Huygense Horologrium Oscillatorium z roku 1657.

Sektor:

Dělo, které bylo v Evropě poprvé představeno v roce 1325, se v Galileově době stalo oporou války. Poté, co se děla stala sofistikovanějšími a mobilnějšími, potřebovali dělostřelci přístroje, které by jim pomohly koordinovat a vypočítat palbu. Proto Galileo v letech 1595 až 1598 vymyslel a zdokonalil geometrický a vojenský kompas pro použití střelci a zeměměřiči.

Existující dělostřelecké kompasy se při určování výšek spoléhaly na dvě ramena v pravém úhlu a kruhovou stupnici s olovnicí. Mezitím byly v této době vyvinuty matematické kompasy neboli děličky s různými užitečnými stupnicemi na ramenech. Galileo zkombinoval využití obou přístrojů a navrhl kompas neboli sektor, který měl na nohách vyryto mnoho užitečných stupnic, jež se daly použít k různým účelům.

Kromě toho, že nabízel nový a bezpečnější způsob, jak střelcům přesně vyzdvihnout děla, nabízel také rychlejší způsob výpočtu potřebného množství střelného prachu na základě velikosti a materiálu dělové koule. Jako geometrický přístroj umožňoval sestrojení libovolného pravidelného mnohoúhelníku, výpočet plochy libovolného mnohoúhelníku nebo kruhového sektoru a řadu dalších výpočtů.

Galileův teploměr:

Na konci 16. století neexistovaly pro vědce žádné praktické prostředky k měření tepla a teploty. Pokusy o nápravu v rámci benátské inteligence vyústily v termoskop, přístroj, který stavěl na myšlence rozpínání vzduchu v důsledku přítomnosti tepla.

Přibližně v roce 1593 sestrojil Galileo vlastní verzi termoskopu, která se opírala o rozpínání a smršťování vzduchu v baňce a pohyb vody v připojené trubici. Postupem času se svými kolegy pracoval na vývoji číselné stupnice, která by měřila teplo na základě rozpínání vody uvnitř trubice.

A přestože trvalo další století, než vědci – jako Daniel G. Fahrenheit a Anders Celsius – začali vyvíjet univerzální teplotní stupnice, které by se daly použít v takovém přístroji, Galileiho termoskop představoval zásadní průlom. Kromě toho, že dokázal měřit teplo ve vzduchu, poskytl také vůbec poprvé kvantitativní meteorologické informace.

Galileův dalekohled:

Ačkoli Galileo nevynalezl dalekohled, výrazně je zdokonalil. V průběhu mnoha měsíců během roku 1609 představil několik návrhů dalekohledů, které budou souhrnně známé jako Galileovy dalekohledy. První z nich, který sestrojil v červnu až červenci 1609, byl dalekohled se třemi pohony, který v srpnu nahradil přístrojem s osmi pohony, který předložil benátskému senátu.

V říjnu nebo listopadu následujícího roku se mu jej podařilo vylepšit vytvořením dalekohledu s dvaceti pohony – právě toho dalekohledu, který použil k pozorování Měsíce, objevení čtyř Jupiterových satelitů (později známých jako Galileovy měsíce), rozeznání fází Venuše a rozlišení mlhovinových skvrn na hvězdy.

Tyto objevy pomohly Galileovi prosadit Koperníkův model, který v podstatě tvrdil, že středem vesmíru je Slunce (a nikoli Země) (tzv. heliocentrismus). Své návrhy dále zdokonaloval a nakonec vytvořil dalekohled, který dokázal zvětšit objekty třicetinásobně.

Ačkoli byly tyto dalekohledy podle moderních měřítek skromné, představovaly obrovské zlepšení oproti modelům, které existovaly v Galileově době. Skutečnost, že je všechny dokázal zkonstruovat sám, je dalším důvodem, proč jsou považovány za jeho nejpůsobivější vynálezy.

Vzhledem k přístrojům, které vytvořil, a objevům, které pomohly učinit, je Galileo právem považován za jednu z nejvýznamnějších postav vědecké revoluce. Jeho četné teoretické příspěvky v oblasti matematiky, techniky a fyziky rovněž zpochybnily po staletí uznávané aristotelské teorie.

Krátce řečeno, byl jedním z několika málo lidí, kteří – díky svému neúnavnému hledání vědecké pravdy – navždy změnili naše chápání vesmíru a základních zákonů, jimiž se řídí.

Universe Today přináší články o Galileově dalekohledu a o tom, že vědci chtějí exhumovat Galileovo tělo.

Další informace najdete na stránkách Galileo Project a Galileo the telescope and the Laws of Dynamics.

Astronomy Cast přináší epizodu o výběru a používání dalekohledu a o tom, jak si postavit vlastní.