Mit talált fel Galileo?

Galileót minden idők egyik legnagyobb csillagászának tartják. A Jupiter nagy holdjainak (Io, Európa, Ganümédész és Kallisto) felfedezése forradalmasította a csillagászatot, és segített felgyorsítani a világegyetem kopernikuszi modelljének elfogadását. Galilei azonban arról a számos tudományos találmányról is ismert, amelyeket még életében készített.

Ezek közé tartozott híres távcsöve, de egy sor olyan eszköz is, amelyek nagy hatással voltak a földmérésre, a tüzérség használatára, az órák fejlesztésére és a meteorológiára. Galilei ezek közül sokat azért hozott létre, hogy többletpénzt keressen a családja eltartásához. De végső soron ezek segítettek megszilárdítani a hírnevét, mint annak az embernek, aki megkérdőjelezte az évszázadok óta fennálló elképzeléseket, és forradalmasította a tudományokat.

Hidrosztatikus mérleg:

Az Arkhimédész és “heuréka” pillanatának történetén felbuzdulva Galilei azt kezdte vizsgálni, hogyan mérik az ékszerészek a nemesfémeket levegőben, majd elmozdulással, hogy meghatározzák a fajsúlyukat. 1586-ban, 22 éves korában elméletet alkotott egy jobb módszerről, amelyet La Bilancetta (vagy “A kis mérleg”) című értekezésében írt le.

Ebben a traktátusban egy olyan, a dolgok levegőben és vízben való mérésére szolgáló pontos mérleget írt le, amelyben a karnak azt a részét, amelyre az ellensúlyt akasztották, fémhuzallal tekerték be. Így a drót fordulatainak számolásával nagyon pontosan meg lehetett határozni azt az összeget, amellyel az ellensúlyt vízben történő mérlegeléskor el kellett mozdítani. Így közvetlenül le lehetett olvasni a tárgyban lévő fémek, például az arany és az ezüst arányát.”

Galileo Pump:

1592-ben Galileit a matematika professzorává nevezték ki a páduai egyetemen, és gyakran járt az Arsenalban – a belső kikötőben, ahol a velencei hajókat szerelték fel. Az Arsenal évszázadok óta a gyakorlati találmányok és újítások helyszíne volt, és Galilei kihasználta a lehetőséget, hogy részletesen tanulmányozza a mechanikai eszközöket.

1593-ban konzultáltak vele az evezők gályákon való elhelyezéséről, és benyújtott egy jelentést, amelyben az evezőt karnak tekintette, és helyesen a vizet tette a forgáspontnak. Egy évvel később a velencei szenátus szabadalmat adott neki egy vízemelő szerkezetre, amelynek működtetése egyetlen lóra támaszkodott. Ez lett a modern szivattyúk alapja.

Egyesek szerint Galilei szivattyúja csupán az Archimédesz-csavar továbbfejlesztése volt, amelyet először az i. e. harmadik században fejlesztettek ki, és 1567-ben szabadalmaztattak a Velencei Köztársaságban. Vannak azonban nyilvánvaló bizonyítékok, amelyek Galilei találmányát Archimédesz korábbi és kevésbé kifinomult konstrukciójához kötik.

Ingaóra:

A 16. században még mindig az arisztotelészi fizika volt az uralkodó módszer a Földhöz közeli testek viselkedésének magyarázatára. Például úgy vélték, hogy a nehéz testek a természetes helyüket vagy nyugalmukat keresik – azaz a dolgok középpontjában. Ennek eredményeképpen nem létezett eszköz az inga viselkedésének magyarázatára, ahol egy kötélre felfüggesztett nehéz test oda-vissza leng, és nem a középpontban keresi a nyugalmat.

Már Galilei is végzett olyan kísérleteket, amelyek bebizonyították, hogy a nehezebb testek nem esnek gyorsabban, mint a könnyebbek – ami szintén az arisztotelészi elméletnek megfelelő meggyőződés. Emellett azt is bebizonyította, hogy a levegőbe dobott tárgyak parabolikus ívben haladnak. Erre és a felfüggesztett súly oda-vissza mozgása iránti rajongására alapozva 1588-ban ingák kutatásába kezdett.

1602-ben egy barátjának írt levelében magyarázta meg megfigyeléseit, amelyben leírta az izokronizmus elvét. Galilei szerint ez az elv azt állította, hogy az inga kilengéséhez szükséges idő nem az inga ívéhez, hanem az inga hosszához kapcsolódik. Két hasonló hosszúságú ingát összehasonlítva Galilei bebizonyította, hogy azok ugyanolyan sebességgel lengenek, annak ellenére, hogy különböző hosszúságban húzzák őket.

Vincenzo Vivian, Galilei egyik kortársa szerint 1641-ben, amikor házi őrizetben volt, Galilei megalkotta egy ingaóra tervét. Sajnos, mivel akkoriban vak volt, nem tudta befejezni 1642-ben bekövetkezett halála előtt. Ennek eredményeként Christiaan Huygens 1657-ben megjelent Horologrium Oscillatorium című művét ismerik el az ingaóra első feljegyzett javaslataként.

A szektor:

Az ágyú, amely 1325-ben jelent meg először Európában, Galilei idejére a háborúk egyik fő támaszává vált. Mivel egyre kifinomultabbá és mobilabbá váltak, a tüzéreknek műszerekre volt szükségük, amelyek segítették őket a tüzelés koordinálásában és kiszámításában. Ezért 1595 és 1598 között Galilei kifejlesztett és továbbfejlesztett egy geometriai és katonai iránytűt a tüzérek és földmérők számára.

A meglévő tüzérségi iránytűk két derékszögben álló karra és egy kör alakú skálára támaszkodtak a magasságok meghatározásához. Eközben az ebben az időben kifejlesztett matematikai iránytűket, vagyis osztókat különböző hasznos skálákkal tervezték a lábukon. Galilei egyesítette a két műszer felhasználási lehetőségeit, és olyan iránytűt vagy szektort tervezett, amelynek lábaira számos hasznos skála volt gravírozva, amelyeket különböző célokra lehetett használni.

Amellett, hogy új és biztonságosabb módot kínált a tüzérek számára az ágyúk pontos megemelésére, gyorsabb módot kínált az ágyúgolyó mérete és anyaga alapján a szükséges lőpor mennyiségének kiszámítására is. Geometriai eszközként lehetővé tette bármely szabályos sokszög megkonstruálását, bármely sokszög vagy körszektor területének kiszámítását és számos más számítást.

Galileo hőmérője:

A 16. század végén a tudósok számára nem léteztek gyakorlati eszközök a hő és a hőmérséklet mérésére. A velencei értelmiségen belül ennek orvoslására tett kísérletek eredményezték a termoszkópot, egy olyan műszert, amely a levegőnek a hő jelenléte miatti tágulására épített.

1593 körül Galilei megépítette a termoszkóp saját változatát, amely a levegő tágulására és összehúzódására támaszkodott egy izzóban, hogy egy csatlakoztatott csőben lévő vizet mozgasson. Idővel ő és kollégái egy olyan numerikus skála kifejlesztésén dolgoztak, amely a csőben lévő víz tágulása alapján mérte a hőt.

És bár még egy évszázadot kellett várni arra, hogy a tudósok – mint például Daniel G. Fahrenheit és Anders Celsius – elkezdjék kifejleszteni az ilyen műszerben használható univerzális hőmérsékleti skálákat, Galilei termoszkópja jelentős áttörést jelentett. Amellett, hogy képes volt a levegő hőjének mérésére, először szolgáltatott kvantitatív meteorológiai információkat is.

Galileo távcsöve:

Noha Galilei nem találta fel a távcsövet, jelentősen továbbfejlesztette azokat. 1609-ben több hónap alatt több távcsőtervet mutatott be, amelyeket együttesen Galilei távcsöveként ismertek meg. Az első, amelyet 1609 júniusa és júliusa között épített, egy három teljesítményű távcső volt, amelyet augusztusra lecserélt egy nyolc teljesítményű műszerre, amelyet bemutatott a velencei szenátusnak.

A következő év októberére vagy novemberére sikerült ezt továbbfejlesztenie egy húsz hajtóműves távcső megalkotásával – ez volt az a távcső, amellyel a Holdat megfigyelte, felfedezte a Jupiter négy műholdját (ezután Galilei holdjai néven ismerték), megkülönböztette a Vénusz fázisait, és csillagokká oldotta a ködfoltokat.

Ezek a felfedezések segítették Galileit a kopernikuszi modell előmozdításában, amely lényegében azt állította, hogy a Nap (és nem a Föld) a világegyetem középpontja (más néven heliocentrizmus). Terveit tovább finomította, és végül olyan távcsövet készített, amely 30-szorosára tudta nagyítani a tárgyakat.

Bár ezek a távcsövek modern mércével mérve szerénynek számítottak, hatalmas előrelépést jelentettek a Galilei korában létező modellekhez képest. Az a tény, hogy mindegyiket saját maga tudta megépíteni, egy újabb ok, amiért ezeket a leglenyűgözőbb találmányainak tartják.

Az általa készített műszerek és az általuk elősegített felfedezések miatt Galileit joggal tartják a tudományos forradalom egyik legfontosabb alakjának. Számos elméleti hozzájárulása a matematika, a mérnöki tudományok és a fizika területén is megkérdőjelezte az évszázadok óta elfogadott arisztotelészi elméleteket.

Röviden, egyike volt azon kevés embernek, akik – a tudományos igazság fáradhatatlan keresése révén – örökre megváltoztatták a világegyetemről és az azt irányító alapvető törvényekről alkotott képünket.

AUniverse Today cikkeket közöl Galilei távcsövéről és arról, hogy a tudósok exhumálni akarják Galilei holttestét.

További információkért nézze meg a Galileo Projectet és a Galileo the telescope and the Laws of Dynamics.

A Astronomy Cast egy epizódot közöl a távcső kiválasztásáról és használatáról, valamint arról, hogyan építhet sajátot.