갈릴레오의 피사의 사탑 실험

1589년과 1592년 사이에 이탈리아 과학자 갈릴레오 갈릴레이(^[1]당시 피사 대학교의 수학 교수)는 피사의 사탑에서 부피는 같지만 질량은 다른 두 개의 구를 떨어뜨려 그들의 하강 시간이 그들의 질량과 무관하다는 것을 증명했다고 전해집니다. 갈릴레오의 제자 빈센조 비비아니의 전기에 따르면, 1654년에 작곡되어 1717년에 출판되었습니다.^{[2][3]: 19–21 [4][5]} 그 기본 전제는 이미 몇 십 년 전에 이탈리아의 실험가들에 의해 입증되었습니다.

이야기에 따르면 갈릴레오는 이 실험을 통해 물체들이 같은 가속도로 낙하한다는 것을 발견하고, 그의 예측이 사실임을 증명하는 동시에 아리스토텔레스의 중력 이론(물체가 질량에 비례하는 속도로 낙하한다는 것)을 반증했습니다. 대부분의 역사학자들은 이것이 물리적인 실험이라기 보다는 사고 실험이었다고 생각합니다.^[6]

배경

6세기 비잔틴 그리스 철학자이자 아리스토텔레스의 해설가인 존 필로포누스는 물체가 무게에 비례하여 떨어진다는 아리스토텔레스의 주장은 틀렸다고 주장했습니다.^[7] 1544년 베네데토 바르치에 따르면, 아리스토텔레스의 전제는 적어도 두 명의 이탈리아인에 의해 실험적으로 반증되었다고 합니다.^[8] 1551년 도밍고 데 소토는 자유낙하에 있는 물체는 균일하게 가속한다고 제안했습니다.^[8] 2년 후, 수학자 지암바티스타 베네데티는 왜 쇠로 만들어진 공과 나무로 만들어진 공 두 개가 같은 속도로 떨어지는지에 대해 의문을 제기했습니다.^[8] 이 모든 것은 갈릴레오 갈릴레이의 1564년 탄생 이전의 것입니다.

델프트 타워 실험

수학자이자 물리학자인 사이먼 스테빈(Simon Stevin)과 얀 코르네츠 드 그루트(Jan Cornets de Groot, 휴고 드 그루트의 아버지)가 네덜란드 델프트에서 비슷한 실험을 했습니다. 이 실험은 스테빈의 1586년 저서 De Beghinselen der Weghconst(통계학의 원리)에 기술되어 있는데, 이 책은 통계학에 관한 획기적인 책입니다.

자연의 신비를 부지런히 연구하는 고등교육을 받은 얀 코르네츠 드 그루트와 제가 한 것처럼, 납덩어리 두 개를 다른 것보다 열 배나 크고 무거운 것으로 하고, 그것들을 30피트 높이에서 함께 떨어뜨리면, 그것은 가장 가벼운 공이 가장 무거운 공보다 열 배나 더 길게 진행되지 않는다는 것을 보여줍니다. 하지만 그들은 동시에 땅에 떨어집니다. 이것은 아리스토텔레스가 틀렸다는 것을 증명합니다.^[9][10][11]

갈릴레오의 실험

비비아니가 실험이 이루어졌다고 주장했을 때, 갈릴레오는 그의 낙하 법칙의 최종 버전을 아직 공식화하지 않았습니다. 그러나 그는 같은 매체를 통해 떨어지는 같은 물질의 물체가 같은 속도로 떨어질 것이라고 예측하는 이전 버전을 공식화했습니다.^{[3]: 20} 이것은 아리스토텔레스가 가르쳤던 것과는 반대였습니다: 무거운 물체는 가벼운 것보다 빨리 떨어지며, 무게에 정비례한다는 것입니다.^{[3]: 9 [12]} 이 이야기는 대중적인 이야기에서 다시 전해지고 있지만, 갈릴레오 자신이 그러한 실험을 했다는 이야기는 없으며, 많은 역사가들은 그것이 사고 실험이었다고 믿고 있습니다.^[13] 예외는 스틸만 드레이크인데, 그는 비비아니가 묘사한 것처럼, 학생들을 위한 시범으로 어느 정도 일어났다고 주장합니다.^{[3]: 19–21, 414–416}

갈릴레오는 추락하는 사람들과 일반적으로 발사체에 대한 그의 생각을 그의 책 두 개의 새로운 과학(Two New Sciences, 1638)에서 발표했습니다. 두 과학은 물리학의 초석이 된 운동의 과학과 공학의 중요한 기여를 한 재료와 건축의 과학이었습니다. 갈릴레오는 그의 책 '운동에 관한'에 서술된 유명한 사고 실험을 통해 그의 가설에 도달했습니다.^[14] 그는 다음과 같이 적습니다.

살비아티. 만약 우리가 자연 속도가 다른 두 개의 몸을 취한다면, 그 둘을 하나로 합칠 때, 더 빠른 것은 더 느린 것에 의해 부분적으로 지연될 것이고, 더 느린 것은 더 빠른 것에 의해 다소 빨라질 것이라는 것이 분명합니다. 이 의견에 동의하지 않으십니까?

심플리시오. 의심할 여지 없이 맞습니다.

살비아티. 그러나 이것이 사실이라면, 큰 돌은 8의 속도로 움직이고 작은 돌은 4의 속도로 움직인다면, 계는 8보다 작은 속도로 움직일 것입니다. 그러나 두 개의 돌을 묶으면 8의 속도로 움직인 것보다 더 큰 돌이 됩니다. 따라서 무거운 물체는 가벼운 물체보다 더 적은 속도로 움직입니다. 그 효과는 당신의 가정과는 반대입니다. 그래서 여러분은 무거운 몸이 가벼운 몸보다 더 빨리 움직인다는 여러분의 가정으로부터, 저는 무거운 몸이 더 느리게 움직인다고 추론합니다.^[15]

그의 주장은 우리가 더 무거운 물체가 더 가벼운 물체보다 더 빨리 떨어진다고 가정하면(반대로 더 가벼운 물체는 더 느리게 떨어진다), 더 가벼운 물체가 더 무거운 물체의 낙하를 지연시킬 때 끈이 곧 팽팽하게 당겨질 것이라는 것입니다. 그러나 전체적으로 고려되는 시스템은 무거운 물체 단독보다 더 무겁기 때문에 더 빨리 떨어져야 합니다. 이 모순은 가정이 거짓이라는 결론을 내리게 합니다.

이후 공연

우주비행사 데이비드 스콧은 1971년 아폴로 15호 임무 동안 달에서 그의 손에서 깃털과 망치를 떨어뜨린 실험의 버전을 수행했습니다. 달의 대기가 무시할 수 없는 탓에 망치와 동시에 달 표면에 도달하는 깃털에 항력이 없었습니다.^[16]

참고 항목

• 델프트 타워 실험
• 말단 속도(충분한 높이에서 공기를 통해 낙하한 물체는 신체를 밀어 올리는 공기역학적 항력이 신체를 아래로 당기는 중력(무게)과 균형을 이룰 때 말단 속도라고 불리는 일정한 속도에 도달합니다.)
• 노르트베트 효과
• 뉴턴 제2법칙
• 관성의 법칙

메모들

더보기

외부 링크

• 갈릴레오 달 실험
• 갈릴레오와 피사의 사탑
• 세계에서 가장 큰 진공 챔버의 망치-깃털 낙하