Wat heeft Galileo uitgevonden?

Galileo wordt beschouwd als een van de grootste astronomen aller tijden. Zijn ontdekking van de belangrijkste manen van Jupiter (Io, Europa, Ganymedes en Callisto) betekende een revolutie in de astronomie en droeg bij aan de snelle acceptatie van het Copernicaanse model van het heelal. Galileo is echter ook bekend om de talrijke wetenschappelijke uitvindingen die hij tijdens zijn leven deed.

Daartoe behoorde zijn beroemde telescoop, maar ook een reeks apparaten die van grote invloed zouden zijn op de landmeetkunde, het gebruik van artillerie, de ontwikkeling van klokken, en de meteorologie. Galileo maakte veel van deze apparaten om extra geld te verdienen om zijn gezin te onderhouden. Maar uiteindelijk zouden ze helpen zijn reputatie te vestigen als de man die eeuwenoude opvattingen in twijfel trok en een revolutie in de wetenschappen teweegbracht.

Hydrostatisch evenwicht:

Geïnspireerd door het verhaal van Archimedes en zijn “Eureka”-moment, begon Galileo te onderzoeken hoe juweliers edele metalen in lucht wogen, en vervolgens door verplaatsing, om hun specifieke zwaartekracht te bepalen. In 1586, op 22-jarige leeftijd, bedacht hij een betere methode, die hij beschreef in een verhandeling getiteld La Bilancetta (of “De Kleine Balans”).

In dit traktaat beschreef hij een nauwkeurige balans voor het wegen van dingen in lucht en water, waarbij het deel van de arm waaraan het contragewicht was opgehangen, omwikkeld was met metaaldraad. De mate waarin het contragewicht moest worden bewogen bij het wegen in water kon dan zeer nauwkeurig worden bepaald door het aantal windingen van de draad te tellen. Zo kon de verhouding tussen metalen als goud en zilver in het voorwerp direct worden afgelezen.

Galileo’s Pomp:

In 1592 werd Galileo benoemd tot professor in de wiskunde aan de universiteit van Padua en maakte hij regelmatig uitstapjes naar het Arsenaal – de binnenhaven waar Venetiaanse schepen werden uitgerust. Het Arsenaal was al eeuwenlang een plaats van praktische uitvindingen en vernieuwingen, en Galileo maakte van de gelegenheid gebruik om mechanische apparaten in detail te bestuderen.

In 1593 werd hij geraadpleegd over de plaatsing van roeispanen in galeien en diende een rapport in waarin hij de roeispaan behandelde als een hefboom en het water correct tot steunpunt maakte. Een jaar later verleende de Venetiaanse Senaat hem octrooi voor een apparaat om water op te pompen dat slechts op één paard werkte. Dit werd de basis van moderne pompen.

Voor sommigen was Galileo’s pomp slechts een verbetering van de Archimedes schroef, die voor het eerst werd ontwikkeld in de derde eeuw v. Chr. en in 1567 in de Venetiaanse Republiek werd gepatenteerd. Er zijn echter duidelijke aanwijzingen die Galileo’s uitvinding in verband brengen met Archimedes eerdere en minder verfijnde ontwerp.

Slingerklok:

Tijdens de 16e eeuw was de Aristotelische natuurkunde nog steeds de overheersende manier om het gedrag van lichamen in de buurt van de aarde te verklaren. Men geloofde bijvoorbeeld dat zware lichamen hun natuurlijke plaats of rust zochten – d.w.z. in het middelpunt der dingen. Dientengevolge bestond er geen middel om het gedrag van slingers te verklaren, waar een zwaar lichaam dat aan een touw hing heen en weer zou slingeren en geen rust in het midden zou zoeken.

Al eerder had Galileo experimenten uitgevoerd die aantoonden dat zwaardere lichamen niet sneller vielen dan lichtere – nog een overtuiging die strookte met de Aristotelische theorie. Bovendien toonde hij aan dat in de lucht geworpen voorwerpen zich in parabolische bogen voortbewegen. Op grond hiervan en van zijn fascinatie voor de heen en weer gaande beweging van een opgehangen gewicht, begon hij in 1588 onderzoek te doen naar slingers.

In 1602 legde hij zijn waarnemingen uit in een brief aan een vriend, waarin hij het principe van het isochronisme beschreef. Volgens Galileo hield dit principe in dat de tijd die een slinger nodig heeft om te slingeren, geen verband houdt met de boog van de slinger, maar met de lengte van de slinger. Door twee slingers van gelijke lengte te vergelijken, toonde Galileo aan dat zij met dezelfde snelheid slingerden, ondanks het feit dat zij van verschillende lengte waren getrokken.

Volgens Vincenzo Vivian, een tijdgenoot van Galileo, maakte Galileo in 1641, toen hij onder huisarrest stond, een ontwerp voor een slingeruurwerk. Helaas was hij op dat moment blind en kon hij het ontwerp niet afmaken voor zijn dood in 1642. Als gevolg hiervan wordt Christiaan Huygens’ publicatie Horologrium Oscillatorium in 1657 erkend als het eerste geregistreerde voorstel voor een slingeruurwerk.

De Sector:

Het kanon, dat in 1325 voor het eerst in Europa werd geïntroduceerd, was in Galileo’s tijd een steunpilaar van de oorlog geworden. Omdat het kanon geavanceerder en mobieler was geworden, hadden de kanonniers instrumenten nodig om hun vuur te coördineren en te berekenen. Tussen 1595 en 1598 ontwierp en verbeterde Galileo daarom een geometrisch en militair kompas voor gebruik door kanonniers en landmeters.

De bestaande kanonnierskompassen vertrouwden op twee armen in een rechte hoek en een cirkelvormige schaal met een schietlood om de hoogte te bepalen. Intussen werden in deze tijd wiskundige kompassen, of delers, ontwikkeld met verschillende nuttige schalen op hun poten. Galileo combineerde het gebruik van beide instrumenten en ontwierp een kompas of sector met vele nuttige schalen op de poten, die voor verschillende doeleinden konden worden gebruikt.

Naast een nieuwe en veiligere manier voor kanonniers om hun kanonnen nauwkeurig te heffen, bood het ook een snellere manier om de benodigde hoeveelheid buskruit te berekenen op basis van de grootte en het materiaal van de kanonskogel. Als meetkundig instrument kon men er elke regelmatige veelhoek mee construeren, de oppervlakte van elke veelhoek of cirkelvormige sector mee berekenen en allerlei andere berekeningen uitvoeren.

Galileo’s thermometer:

Aan het eind van de 16e eeuw bestonden er voor wetenschappers geen praktische middelen om warmte en temperatuur te meten. Pogingen van de Venetiaanse intelligentsia om dit te corrigeren resulteerden in de thermoscoop, een instrument dat voortbouwde op het idee van de uitzetting van lucht door de aanwezigheid van warmte.

In ca. 1593 construeerde Galileo zijn eigen versie van een thermoscoop die vertrouwde op de uitzetting en inkrimping van lucht in een bol om water in een aangesloten buis in beweging te brengen. Na verloop van tijd werkten hij en zijn collega’s aan de ontwikkeling van een numerieke schaal die de warmte zou meten op basis van de uitzetting van het water in de buis.

En hoewel het nog een eeuw zou duren voordat wetenschappers – zoals Daniel G. Fahrenheit en Anders Celsius – begonnen met het ontwikkelen van universele temperatuurschalen die in dergelijke instrumenten konden worden gebruikt, betekende Galileo’s thermoscoop een belangrijke doorbraak. Hij kon niet alleen de warmte in de lucht meten, maar verschafte ook voor het eerst kwantitatieve meteorologische informatie.

Galileo’s Telescoop:

Hoewel Galileo de telescoop niet uitvond, verbeterde hij deze in hoge mate. In de loop van vele maanden in 1609 onthulde hij meerdere telescoopontwerpen die gezamenlijk bekend zouden worden als Galileï-telescopen. De eerste, die hij tussen juni en juli 1609 construeerde, was een verrekijker met drie vermogens, die hij in augustus verving door een instrument met acht vermogens dat hij aan de Venetiaanse Senaat presenteerde.

In oktober of november daaropvolgend slaagde hij erin dit te verbeteren door een telescoop met twintig vermogens te maken – dezelfde telescoop die hij gebruikte om de maan te observeren, de vier satellieten van Jupiter te ontdekken (daarna bekend als de Galileïsche Manen), de fasen van Venus te onderscheiden en nevelvlekken in sterren op te lossen.

Deze ontdekkingen hielpen Galileo bij de ontwikkeling van het Copernicaanse Model, dat in wezen stelde dat de Zon (en niet de Aarde) het centrum van het heelal was (ook wel heliocentrisme genoemd). Hij zou zijn ontwerpen verder verfijnen en uiteindelijk een telescoop maken die voorwerpen met een factor 30 kon vergroten.

Hoewel deze telescopen naar moderne maatstaven bescheiden waren, waren zij een enorme verbetering ten opzichte van de modellen die in Galileo’s tijd bestonden. Het feit dat hij erin slaagde ze allemaal zelf te bouwen, is nog een reden waarom ze als zijn indrukwekkendste uitvindingen worden beschouwd.

Omwille van de instrumenten die hij creëerde en de ontdekkingen die ze hielpen doen, wordt Galileo terecht erkend als een van de belangrijkste figuren van de Wetenschappelijke Revolutie. Zijn vele theoretische bijdragen op het gebied van wiskunde, techniek en natuurkunde daagden ook Aristotelische theorieën uit die eeuwenlang waren aanvaard.

Kortom, hij was een van slechts een paar mensen die – door hun onvermoeibare streven naar wetenschappelijke waarheid – ons begrip van het universum en de fundamentele wetten die het beheersen voor altijd hebben veranderd.

Universe Today heeft artikelen over Galileo’s telescoop en wetenschappers willen Galileo’s lichaam opgraven.

Voor meer informatie, bekijk het Galileo Project en Galileo de telescoop en de Wetten van Dynamica.

Astronomy Cast heeft een aflevering over het kiezen en gebruiken van een telescoop en hoe je je eigen kunt bouwen.