Co wynalazł Galileusz?

Galileusz jest uważany za jednego z największych astronomów wszech czasów. Jego odkrycie głównych księżyców Jowisza (Io, Europa, Ganymede i Callisto) zrewolucjonizowało astronomię i pomogło przyspieszyć przyjęcie kopernikańskiego modelu wszechświata. Galileusz jest jednak znany również z licznych wynalazków naukowych, których dokonał za życia.

Należał do nich jego słynny teleskop, ale także seria urządzeń, które miały głęboki wpływ na geodezję, użycie artylerii, rozwój zegarów i meteorologii. Galileusz stworzył wiele z nich, aby zarobić dodatkowe pieniądze na utrzymanie rodziny. Ale ostatecznie pomogłyby one ugruntować jego reputację jako człowieka, który podważył warte wieki wcześniejsze poglądy i zrewolucjonizował nauki ścisłe.

Równowaga hydrostatyczna:

Zainspirowany historią Archimedesa i jego momentem „Eureka”, Galileusz zaczął przyglądać się temu, jak jubilerzy ważyli metale szlachetne w powietrzu, a następnie przez wyporność, aby określić ich ciężar właściwy. W 1586 roku, w wieku 22 lat, wymyślił lepszą metodę, którą opisał w traktacie zatytułowanym La Bilancetta (czyli „Mała waga”).

W traktacie tym opisał dokładną wagę do ważenia rzeczy w powietrzu i wodzie, w której część ramienia, na której zawieszony był przeciwwaga, owinięta była metalowym drutem. Ilość, o jaką przeciwwaga musiała zostać przesunięta podczas ważenia w wodzie, mogła więc zostać bardzo dokładnie określona poprzez policzenie liczby obrotów drutu. W ten sposób można było bezpośrednio odczytać proporcje metali takich jak złoto do srebra w przedmiocie.

Pompa Galileusza:

W 1592 r. Galileusz został mianowany profesorem matematyki na Uniwersytecie w Padwie i odbywał częste podróże do Arsenału – wewnętrznego portu, w którym wyposażano weneckie statki. Arsenał od wieków był miejscem praktycznych wynalazków i innowacji, a Galileusz wykorzystywał tę okazję do szczegółowego studiowania urządzeń mechanicznych.

W 1593 r. konsultowano się z nim w sprawie umieszczania wioseł w galerach i przedstawił raport, w którym potraktował wiosło jako dźwignię i prawidłowo uczynił wodę punktem podparcia. Rok później senat wenecki przyznał mu patent na urządzenie do podnoszenia wody, którego działanie opierało się na jednym koniu. Stało się to podstawą nowoczesnych pomp.

Dla niektórych, Pompa Galileusza była jedynie ulepszeniem Śruby Archimedesa, która została po raz pierwszy opracowana w trzecim wieku przed naszą erą i opatentowana w Republice Weneckiej w 1567 roku. Istnieją jednak oczywiste dowody łączące wynalazek Galileusza z wcześniejszym i mniej wyrafinowanym projektem Archimedesa.

Zegar wahadłowy:

W XVI wieku fizyka arystotelesowska była nadal dominującym sposobem wyjaśniania zachowania ciał znajdujących się w pobliżu Ziemi. Na przykład, wierzono, że ciężkie ciała szukają swojego naturalnego miejsca lub odpoczynku – tj. w centrum rzeczy. W rezultacie, nie istniały środki, aby wyjaśnić zachowanie wahadeł, gdzie ciężkie ciało zawieszone na linie będzie huśtać się tam i z powrotem, a nie szukać odpoczynku w środku.

Już wcześniej Galileusz przeprowadził eksperymenty, które wykazały, że cięższe ciała nie spadają szybciej niż lżejsze – kolejne przekonanie zgodne z teorią arystotelesowską. Ponadto wykazał, że przedmioty wyrzucone w powietrze poruszają się po parabolicznych łukach. Opierając się na tym oraz na swojej fascynacji ruchem tam i z powrotem zawieszonego ciężaru, w 1588 roku rozpoczął badania nad wahadłami.

W 1602 roku wyjaśnił swoje obserwacje w liście do przyjaciela, w którym opisał zasadę izochronizmu. Według Galileusza zasada ta głosiła, że czas potrzebny na wahnięcie się wahadła nie jest związany z łukiem wahadła, ale raczej z jego długością. Porównując dwa wahadła o podobnej długości, Galileusz wykazał, że wahają się one z tą samą prędkością, mimo że są ciągnięte z różną długością.

Według Vincenza Viviana, jednego ze współczesnych Galileusza, to właśnie w 1641 roku, podczas pobytu w areszcie domowym, Galileusz stworzył projekt zegara wahadłowego. Niestety, będąc wówczas niewidomym, nie zdołał go ukończyć przed swoją śmiercią w 1642 roku. W rezultacie Christiaan Huygens opublikował w 1657 r. Horologrium Oscillatorium, które jest uznawane za pierwszą zarejestrowaną propozycję zegara wahadłowego.

Sektor:

Do czasów Galileusza armata, która po raz pierwszy pojawiła się w Europie w 1325 r., stała się ostoją wojny. Stając się bardziej wyrafinowanymi i mobilnymi, artylerzyści potrzebowali oprzyrządowania, które pomogłoby im koordynować i obliczać ogień. W związku z tym, w latach 1595-1598, Galileusz opracował i udoskonalił kompas geometryczny i wojskowy do użytku przez artylerzystów i geodetów.

Istniejące kompasy artylerzystów opierały się na dwóch ramionach ustawionych pod kątem prostym i okrągłej skali z pionem do wyznaczania wysokości. Tymczasem kompasy matematyczne, czyli podzielniki, opracowane w tym czasie, były zaprojektowane z różnymi użytecznymi skalami na nogach. Galileusz połączył zastosowania obu instrumentów, projektując kompas lub sektor, który miał wiele przydatnych skal wyrytych na nogach, które mogły być wykorzystane do różnych celów.

Oprócz zaoferowania nowego i bezpieczniejszego sposobu dla artylerzystów, aby podnieść swoje armaty dokładnie, oferował również szybszy sposób obliczania ilości prochu potrzebnego w oparciu o rozmiar i materiał kuli armatniej. Jako instrument geometryczny, umożliwiał konstrukcję dowolnego wielokąta foremnego, obliczenie powierzchni dowolnego wielokąta lub sektora kołowego oraz wiele innych obliczeń.

Termometr Galileusza:

Pod koniec XVI wieku nie istniały żadne praktyczne środki dla naukowców do pomiaru ciepła i temperatury. Próby naprawienia tego stanu rzeczy wśród weneckiej inteligencji zaowocowały powstaniem termoskopu, przyrządu, który opierał się na idei rozszerzania się powietrza w wyniku obecności ciepła.

Około 1593 roku Galileusz skonstruował własną wersję termoskopu, który opierał się na rozszerzaniu i kurczeniu się powietrza w bańce, aby poruszyć wodę w dołączonej rurce. Z czasem on i jego koledzy pracowali nad stworzeniem skali numerycznej, która mierzyłaby ciepło w oparciu o rozszerzanie się wody wewnątrz rurki.

I chociaż minąłby kolejny wiek, zanim naukowcy – tacy jak Daniel G. Fahrenheit i Anders Celsius – zaczęli opracowywać uniwersalne skale temperatury, które mogłyby być używane w takim instrumencie, termoskop Galileusza był wielkim przełomem. Oprócz możliwości pomiaru ciepła w powietrzu, po raz pierwszy w historii dostarczył on również ilościowych informacji meteorologicznych.

Teleskop Galileusza:

Galileusz nie wynalazł teleskopu, ale znacznie go ulepszył. W ciągu wielu miesięcy w 1609 roku zaprezentował wiele projektów teleskopów, które wspólnie zyskały miano Teleskopów Galileusza. Pierwszy z nich, skonstruowany w czerwcu i lipcu 1609 roku, był okularem o trzech napędach. W sierpniu zastąpił go instrumentem o ośmiu napędach, który zaprezentował weneckiemu senatowi.

W październiku lub listopadzie następnego roku udało mu się udoskonalić ten instrument, tworząc teleskop o mocy dwudziestu koni mechanicznych – ten sam teleskop, którego użył do obserwacji Księżyca, odkrycia czterech satelitów Jowisza (znanych później jako księżyce galileuszowe), rozpoznania faz Wenus i przekształcenia plam mgławicowych w gwiazdy.

Odkrycia te pomogły Galileuszowi rozwinąć Model Kopernikański, który zasadniczo stwierdzał, że Słońce (a nie Ziemia) jest centrum wszechświata (aka. heliocentryzm). He would go on to refine his designs further, eventually creating a telescope that could magnify objects by a factor of 30.

Though these telescopes were humble by modern standards, they were a vast improvement over the models that existed during Galileo’s time. Fakt, że udało mu się skonstruować je wszystkie samodzielnie, jest kolejnym powodem, dla którego uważa się je za jego najbardziej imponujące wynalazki.

Z powodu instrumentów, które stworzył, i odkryć, które pomogły dokonać, Galileusz jest słusznie uznawany za jedną z najważniejszych postaci rewolucji naukowej. Jego liczne prace teoretyczne w dziedzinie matematyki, inżynierii i fizyki również podważyły teorie arystotelesowskie, które były akceptowane przez wieki.

W skrócie, był on jednym z zaledwie kilku ludzi, którzy – poprzez swoje niestrudzone dążenie do prawdy naukowej – na zawsze zmienili nasze rozumienie wszechświata i podstawowych praw, które nim rządzą.

Universe Today ma artykuły na temat teleskopu Galileusza i naukowcy chcą ekshumować ciało Galileusza.

Więcej informacji można znaleźć na stronach Galileo Project i Galileo the telescope and the Laws of Dynamics.

Astronomy Cast ma odcinek na temat wyboru i używania teleskopu oraz jak zbudować własny.