Next
Home
Back


فصل دوم (تاریخچه حركت)

 

دانشمندان دنياي قديم تنها با برخي از قانون‌هاي استاتيك آشنا بودند؛ همچنين فقط طرز كار ماشين‌هاي ساده را مي‌شناختند. ولي درباره حركت آزاد اجسام در فضا هيچ مطالعه‌اي نكرده بودند. به همين مناسبت فيلسوفان يوناني حركت جسم‌هاي آسماني را به صورتي كاملاً ساده و به عنوان اجزايي از يك ماشين كه به هم وابسته هستند روشن مي‌كردند.

آنها مي‌خواستند تمامي طبيعت را به عنوان يك واحد به هم پيوسته در يك جا و به صورت يك دانش، مورد مطالعه قرار دهند.

 

هركليت فيلسوف يوناني (حدود 530 تا 470 پيش از ميلاد) معتقد بود كه در طبيعت «همه چيز در جريان است. هر چيزي دائماً در معرض تغيير و دگرگوني است. همه چيزها در يك روند دائمي زايش و مرگ قرار گرفته‌اند».

فيلسوفان يوناني اين روند تغيير جسم‌هاي موجود در طبيعت را «حركت» مي‌ناميدند. بيشترين توضيح درباره حركت را ارسطو در سالهاي (384-322 پيش از ميلاد) ارائه كرده است.

 

ارسطو فرزند پزشك دربار مقدونيه، آموزش‌ خوبي ديده بود. او به دانش طبيعت علاقه‌مند بود به همين مناسبت به آتن رفت و وارد «آكادمي» افلاطون شد و تا زمان مرگ افلاطون (در سال 347 پيش از ميلاد) در آن جا بود.

 

ارسطو نوشته‌هاي زيادي از خود به يادگار گذاشته است. او موضوع‌هاي مربوط به مكانيك را در كتاب‌هاي «فيزيك» و «درباره آسمان» خود مورد بررسي قرار داده است.

 

ارسطو هم همچون ديگر فيلسوفان حركت را به معناي هرگونه تغييري در جسم مي‌دانست:

وقتي كه فيلسوفان درباره حركت اجسام مي‌انديشيدند علاقه‌اي به علت‌هاي آن نشان نمي‌دادند. آن‌ها توجهي به اين نداشتند كه بين فضايي كه جسم از آن گذشته با زماني كه در طول آن حركت ادامه داشته است رابطه‌اي پيدا كنند.

در حالي كه مكانيك امروزي قانون‌هاي كميتي حركت را بررسي مي‌كند؛ ولي براي اين منظور دو چيز لازم است: مشاهده و تجربه.

در ميان كارهاي فيلسوفان يونان باستان ارسطو توانست به علم مكانيك پيشرفت زيادي بدهد.

 

او اعتقاد داشت هر چه جسمي سنگين تر باشد سريع‌تر به زمين برخورد مي‌كند. آن طور كه ارسطو گمان مي‌كرد، يك قطعه سنگ بزرگ، خيلي زودتر از يك سنگ‌ريزه كه از همان ارتفاع رها شده باشد، به زمين برخورد مي‌كند.

به چه مناسبت ارسطو به اين نتيجه رسيده بود؟ آيا احتمالاً به اين دليل كه برگ درخت ديرتر از سيب به زمين مي‌رسد؟ ولي اين يك مشاهده كاملاً سطحي است. ارسطو از مقاومت هوا اطلاع داشت، مقاومتي كه طبعاً بر برگ آزاد شده از درخت بيشتر اثر مي‌كند تا سيب، احتمال بيشتر اين است كه ارسطو به طور ذهني به اين نتيجه رسيده باشد: نيرويي كه جسم را به طرف زمين مي‌كشد، بر جسم سنگين‌تر بيشتر اثر مي‌كند تا بر يك جسم سبك‌تر، پس بايد جسم سنگين‌تر با سرعت بيشتري سقوط كند، در نتيجه جسم سنگين‌تر با سرعت بيشتري حركت مي‌كند.

 

ولي اگر ارسطو به تجربه ساده‌اي متوسل مي‌شد، هرگز به اين نتيجه نادرست نمي‌رسيد. كافي بود بالاي برجي يا پشت بام خانه‌اي مي‌رفت و از آنجا دو قطعه سنگ با اندازه‌هاي مختلف را با هم رها مي‌كرد تا به اشتباه خود پي ببرد. تنها، تجربه بود كه مي‌توانست بي ارتباطي سرعت سقوط جسم را با وزن آن نشان دهد.

 

نيرويي كه به جسم در حال سقوط آزاد شتاب مي‌دهد متناسب با جرم آن است. بنابراين به هر واحد جرم بدون ارتباط با وزن جسم نيروي يكساني عمل مي‌كند و در نتيجه شتابي يكسان به آن‌ها مي‌دهد. ارسطو مي‌دانست كه جسم در حال سقوط آزاد شتاب دارد، ولي تلاشي براي روشن كردن علت اين پديده نكرد. ضمناً شتاب مي‌توانست او را به فكر، درباره اينرسي حركت بكشاند.

 

وقتي كه لئوناردو به عنوان توپچي دوك ميلان خدمت مي‌كرد، درباره پرتاب گلوله توپ به مطالعه پرداخت. او مي‌دانست كه براي حل اين مساله، آشنايي با قانون‌هاي سقوط آزاد تا چه حد اهميت دارد. او ضمن مطالعه برقوانين سقوط آزاد،  متوجه شد كه سرعت آن به تصاعد حسابي افزايش مي‌يابد. با وجود اين، او موفق نشد قانون‌هاي سقوط آزاد را كشف كند.

به جز لئوناردو داوينچي افراد ديگري هم بودندكه هم زمان با او علاقه‌مندان به دانش‌هاي طبيعي را به مشاهده و تجربه دعوت مي‌كردند و دعوت آنها بي‌پاسخ نمي‌ماند.

آنها سال‌ها خود را در آزمايشگاه‌هاي تاريك محبوس مي‌كردند تا به آزمايش‌هاي كيمياگري بپردازند. برخي ديگر روي پرندگان زنده، كبوترها و اردك‌ها كار مي‌كردند.

در سده شانزدهم پژوهشگراني پديد آمدند كه توانستند با كارهاي خود زمينه را براي ظهور گاليله، بنيان‌گذار مكانيك معاصر، آماده كنند. مانند تارتاگليا كه ضمن اشتغال به رياضيات، قانون تعيين تعداد تركيب‌هاي ممكن را ضمن انداختن تاس‌‌هاي بازي پيدا كرد. او بعدها معادله درجه سوم را حل كرد.


 

در ورونيا پيرمرد توپچي با تجربه‌اي به تارتاگليا مراجعه كرد و از او پرسيد: توپ را با چه زاويه‌اي نسبت به افق آتش كنيم تا گلوله آن بتواند حداكثر فاصله ممكن را بپيمايد؟ و اين جرفه‌اي براي يافتن معادله حركت پرتاب بود.

 

گاليله از همان كودكي به ساختن مدل‌ها و اسباب‌بازي‌هاي متحرك علاقه‌مند بود. حتي در آن موقع هم استعداد زيادي از خود نشان مي‌داد. به همين مناسبت بود كه پدرش عقيده خود را درباره آينده فرزندش تغيير داد و به جاي اداره بازرگاني او را به دانشگاه پيزا فرستاد گاليله با تمام وجود خود فيزيك ارسطو، اخترشناسي بطلميوس و هندسه اقليدس را يادگرفت. او مي‌بايست بعد از خروج از دانشگاه، پزشك مي‌شد.

 

گاليله به صنعت، رياضيات و مكانيك علاقه‌زيادي داشت اين دانش‌ها را در دانشگاه‌ها ياد نمي‌دادند و او تنها در آكادمي هنري كه در عين حال مدرسه‌عالي صنعتي هم بود، مي‌توانست با آن‌ها آشنا شود. او به درس‌هاي آكادمي رو آورد و آگاهي هاي زيادي درباره مكانيك و رياضيات كار بسته به دست ‌آورد.

حتي موقعي كه گاليله در پيزا به سر مي‌برد، بارها براي آزمايش از برج معروف پيزا- كه مايل است- بالا رفت و مخالفان خود را براي مشاهده نتيجه آزمايش به حضور در آن جا دعوت كرد. او وزنه‌هايي با وزن‌هاي متفاوت از بالاي برج‌ رها مي‌كرد و به روشني ديده مي‌شد كه همه آن‌ها با هم به زمين مي‌رسند.

 

حتي گاليله هم نمي‌توانست به طور ذهني به اين نتيجه‌گيري برسد. تنها تجربه بود كه مي‌توانست روشن كند كه؛ جسم سبك و جسم سنگين با يك سرعت سقوط مي‌كنند.

گاليله نخستين كسي بود كه علت شتاب سقوط آزاد جسم را كشف كرد. او متوجه شد كه نيروي ثقل در هر لحظه به جسم حركت مي‌دهد و اين حركت بنابر اينرسي حفظ مي‌شود. يعني سرعت سقوط آزاد بايد تحت تاثير نيروي ثقل مرتباً افزايش يابد.

گاليله با اين فرض توانست قانون نظري سقوط آزاد جسم را كشف كند.

از ثابت بودن شتاب، نتيجه مي‌شود كه سرعت جسم در حال سقوط تحت تاثير نيروي ثقل، متناسب با زمان زياد مي‌شود. و با محاسبه سرعت متوسط به سادگي مي‌توان فاصله طي شده را به دست آورد.