آزمایش معروف گالیله

سنگ زودتر به زمین می‌رسد یا پَر؟

سوالی که به ظاهر ما بداهتا پاسخ آن را می‌دانیم. اما این سوالی بود که دو هزار سال، بشر فکر می‌کرد پاسخ صحیح سنگ است. ارسطو به کمک استدلال گفته بود که خب سنگ چون سنگین‌تر است، مشخص است که زودتر به زمین می‌رسد. طبق نظریه‌ی گرانش ارسطو، هرچیزی که سنگین‌تر باشد زودتر به زمین می‌رسد. همه نیز تا دو هزار سال چنین فکری می‌کردند. اگر کسی نیز در این فاصله آزمایشی انجام داده بود، دیده بود که سنگ سریع تر از پر به زمین می‌رسد.

اما دو هزار سال زمان برد تا اینکه کسی مانند گالیله پیدا شود و استدلال ارسطو را به چالش بکشد. اگر ما نیز پیش از گالیله بودیم، احتمالا فکر می‌کردیم استدلال ارسطو درست است و هرچیزی که سنگین‌تر باشد، باید زودتر به زمین برسد. اصلا همین الان نیز اگر کسی این را به ما نگوید و ما با گرانش نیوتن آشنا نباشیم، باز هم به صورت بدیهی تصور می‌کنیم سنگ زودتر از پر به زمین می‌رسد.

اما گالیله به جای سنگ و پر، وزنه های با جرم‌ های متفاوت را انتخاب کرد و در حدود سال ۱۵۹۰ میلادی به بالای برج کج پیزا رفت و آن‌ وزنه‌ها را به صورت همزمان رها کرد و به همه نشان داد که اجسام با جرم‌های متفاوت، همزمان با یکدیگر به زمین می‌رسند و زمان سقوطشان ربطی به جرم آن‌ها ندارد.

اما چرا پر دیرتر از سنگ به زمین می‌رسید؟

ارسطو و دیگران، به مدت دو هزار سال، مقاومت هوا را در نظر نگرفته بودند. مشخصا یک پر مقاومت هوای بیشتری از یک تکه سنگ تجربه می‌کند و این مساله، از سرعت حرکت پر در هنگام سقوط می‌کاهد و پر دیرتر به زمین می‌رسد. اگر آن‌ها به جای مقایسه‌ی پر، دو سنگ با جرم‌های مختلف را در نظر می‌گرفتند، می‌دیدند که آن‌ها نیز همزمان به زمین می‌رسند. بعدا این آزمایش بارها تکرار شد. مثلا فضانورد آمریکایی داوید اسکات، همین آزمایش را در ماموریت آپولو ۱۵ در سال ۱۹۷۱، بر روی کره‌ی ماه و به کمک یک پر و یک چکش انجام داد.

از آنجایی که اتمسفر ماه بسیار رقیق است، مقاومتی در مقابل پَر وجود نداشت و پَر و چکش همزمان به سطح ماه رسیدند. همچنین در سال ۲۰۱۴ گروهی از دانشمندان، این آزمایش را در یک محفظه‌ی خلاء بزرگ بر روی زمین، تکرار کردند. آن‌ها هوای داخل این مخزن را تخلیه نموده و حالتی نزدیک به خلاء کامل، ایجاد کردند.

ویدئوی‌ زیر نتیجه‌ی این آزمایش است.

همانطور که مشاهده می‌کنید، جایی که هوا نباشد، پر و توپ سنگین بولینگ، همزمان به زمین می‌رسند‌. شتاب جاذبه‌ی زمین (g) معادل ده متر به مجذور ثانیه است و این شتاب، برای همه‌ی اجسام یکسان و مستقل از جرم جسم است.

 

آزمایش مشابهی که داوید اسکات بر سطح کره ی ماه انجام داد.

پی‌نوشت: در سوال قبلی تعدادی نیز گزینه‌ی هرگز به زمین نمی‌رسند‌ را انتخاب کرده بودند که فکر می‌کنم، دلیلش اشتباه گرفتن خلاء با بی‌وزنی‌ست. پاسخ سوال قبل، گزینه‌ی سوم است، پر و سنگ در شرایط خلاء، همزمان با یکدیگر به زمین می‌رسند.

– اَبا اِباد