科学系掲示板_力学の黎明期

ｱﾘｽﾄﾃﾚｽは自由落下について、重い物体ほど速く落下し、軽い物体ほど遅く落下すると考えた。この認識は中世のｶﾞﾘﾚｵの時代まで落下現象の常識として定着。

⇒ｶﾞﾘﾚｵ･ｶﾞﾘﾚｲは『新科学対話』(1638年)にて"落体の法則"を発表し、ｱﾘｽﾄﾃﾚｽ派の知識人の落下現象の認識を否定する。

ｱﾘｽﾄﾃﾚｽが提唱した天動説(地球中心説)の根拠として、もし地球が動いていたとしたら雲や落下物が地球から置き去りにされるはずだが実際はそうなっていない…という考え方があった。

⇒ｶﾞﾘﾚｵ･ｶﾞﾘﾚｲは『天文対話』(1632年)にて"慣性の法則"、"ｶﾞﾘﾚｲの相対性原理"を発表し、ｱﾘｽﾄﾃﾚｽ派の知識人の天動説に関する根拠を否定する。

1604年頃には、ｶﾞﾘﾚｵは落体の法則について発見していたとされる。

落体の第1法則：物体の重さに関係なく同じように自由落下する

落体の第2法則：等加速度運動で自由落下する

ｱﾘｽﾄﾃﾚｽは、重い物体の方が軽い物体よりも速く落下するとしたが、その常識を実験に基づいて否定し、軽い物体が遅く落ちるのは空気抵抗であるとした。詳細は、(第2次)宗教裁判(1633年)後に著した書物『新科学対話』(1638年)にて記される。

書物『天文対話』

※地動説支持を鮮明化

慣性の法則(等速円運動) 

ｶﾞﾘﾚｲの相対性原理

但し、ｶﾞﾘﾚｵの"慣性の法則"は地球を直径とするような等速円運動であり、厳密な等速直線運動ではない点に注意。これはｶﾞﾘﾚｵですら円軌道が外力がない場合の自然運動の道筋であると考えていたと言える。

ｶﾞﾘﾚｵの宗教裁判(異端審問)

※第2次宗教裁判

書物『新科学対話』

落体の法則

放物線の運動

目視での光速度の測定実験

※失敗に終わる

落体の法則を実験的に実証し、ｱﾘｽﾄﾃﾚｽ派の主張を否定した。

・落体の第1法則：物体の重さに関係なく同じように自由落下する

同じ大きさで重さが異なる物体(鉛、石、樫の木の球)を100mの高所から同時に落とし、着地がほぼ同時であることから第1法則を実証。軽い樫の木の球が多少早く地面に到達した理由は空気抵抗のためと結論付けた。重いものほど速く落下するとするｱﾘｽﾄﾃﾚｽ派の説を否定した。

・落体の第2法則：等加速度運動で自由落下する

物体の動きを観測しやすいようにｽﾛｰﾌﾟ(緩い坂道)の上を金属球が転がる装置を作った。また金属球の移動距離と通過時間の関係を音で聞くために、ｽﾛｰﾌﾟにはｸﾞﾉﾓﾝ(1,3,5,7... といった奇数の等差数列)の間隔で鈴を付け、金属球が通過する度に触れるよう仕組んだ。なおｸﾞﾉﾓﾝの合計は、常に整数の平方数となる性質がある(例えば、1+3+5+7+9=5^2)。実際に装置で金属球を転がすと、金属球は同じ時間間隔(ﾘｽﾞﾑ)で鈴を鳴らしながら移動することが分かった。つまり、落下距離(1+3+5+7+9)は落下時間(5)の2乗(5^2)に比例する第2法則(等加速度運動)を突き止めた。ｶﾞﾘﾚｵはｽﾛｰﾌﾟの傾斜を徐々にきつくして、最終的には鉛直にしても第2法則は成立すると類推した。

ｶﾞﾘﾚｵが発見した慣性の法則と落体の法則から、投斜体の運動が放物線を描くことを説明した。運動方向を水平方向(慣性:x=at)と垂直方向(落体:y=bt^2)に分解して法則で記述し、これを合成するとy=(b/a^2)x^2となる。

時間と速度の関係図を作ると、その面積が距離となる。等加速度運動の場合、距離は三角形の面積(1/2at^2)となる。