Научно-исследовательский проект
"Галилей, я открываю твои тайны"
Галилей - один из величайших ученых, который изобрел многие приборы, которые в усовершенствованном виде используются и сегодня. Казалось бы, его изобретения сегодня забыты, не актуальны. В том, что это не так убеждает моя исследовательская работа.
В наше время часто можно услышать слово Галилео. Оно ассоциируется с названием научно-популярной передачи, журналом с приложением физических опытов. С уроков истории я узнала, что Галилео Галилей – это известный итальянский физик. Я много про него читала, была удивлена трудами , изобретениями и жизнью этого человека, поэтому решила познакомиться с его деятельностью поближе. Изобретение телескопа Галилеем открыло нам тайны вселенной, изобретение микроскопа открыло тайны микромира, гидростатические весы позволили точнее исследовать драгоценные камни, а изготовленный им термоскоп явился прародителем современного очень красивого термометра. Его физические опыты приоткрыли тайны, окружающей нас действительности. В своей работе я касаюсь некоторых тайн, разгаданных Галилеем еще 400лет назад.
Цель моей работы:
Исследование основных изобретений Галилея, на основе проведенных им экспериментов
а поставленные мной задачи:
1. Изучить биографию Галилея.
2. Исследовать, какие ученые в годы его жизни изучали неживую природу, какой вклад внесли в развитие физической науки.
3. Исследовать, какие Галилей сделал открытия, изобретения и насколько это оказалось важным в современном мире.
4.Сравнить его изобретения с изобретениями других ученых.
5.Попробовать сделать своими руками приборы по схемам Галилея
Моя работа состоит из двух частей – теоретической и практической. В первой части я коснулась биографии Галилея, его трудов, а также трудов его современников по схожим вопросам, сравнила его работы с работами других ученых.
Во второй части я рассмотрела изобретения Галилея, схемы приборов и попробовала сконструировать свои приборы.
Моя работа полезна всем школьникам, так как на практике позволяет заглянуть в мир изобретений этого великого ученного на примере очень простых приборов.
Галилео-Галилей родился 15 февраля 1564 года, в городе Пиза. Знак зодиака-Водолей, а люди, рожденные под этим знаком прирожденные исследователи.
Галилео-Галилей происходил из знатной, но обедневшей дворянской семьи. Его отец, музыкант и математик, хотел, чтобы сын стал врачом, и в 1581 году, после окончания монастырской школы, определил его на медицинский факультет Пизанского университета. Но медицина не увлекла семнадцатилетнего юношу. Оставив университет, он уехал во Флоренцию и погрузился в самостоятельное изучение сочинений Евклида и Архимеда. Уступая просьбам сына, отец Галилео перевел его на философский факультет, где более углубленно изучались Философия и Математика.
В детские годы Галилей увлекался конструированием механических игрушек, мастерил действующие модели: машин, мельниц и кораблей. Галилей еще в юности отличался редкой наблюдательностью, благодаря которой сделал свое первое важное открытие: наблюдая качания люстры в Пизанском университете, установил закон изохронности колебаний маятника.
В 1586 году Галилео-Галилей публикует описание сконструированных им гидростатических весов, предназначенных для измерения плотности твердых тел и определения центров тяжести. Эта, как и другие его работы, оказывается замеченной. У него появляются влиятельные покровители, и благодаря их протекции он в 1589 году получает место профессора в Пизанском университете (правда с минимальным окладом).
Галилею принадлежит так же изобретение термоскопа, который является предшественником термометра. Термометр Галилея -это историческая реликвия. Галилео Галилей установил, что при различных температурах плотность жидкостей меняется. Этот принцип и лежит в основе работы термометра, а сам термометр назван в честь Галилея.
В годы детства и юности Галилея практически безраздельно господствовали представления, сформировавшиеся еще во времена античности. Начав читать лекции по философии и математике в университете, Галилей оказался перед непростым выбором. С одной стороны — обретшие статус нерушимых догм воззрения Аристотеля, с другой — плоды собственных размышлений и, что еще важнее, — опыта. Аристотель утверждал, что скорость падения тел пропорциональна их весу. Это утверждение уже вызывало сомнения, а проведенные Галилеем в присутствии многочисленных свидетелей наблюдения за падением с Пизанской башни шаров различного веса, но одинаковых размеров, наглядно опровергали его. Аристотель учил, что различным телам присуще различное «свойство легкости», отчего одни тела падают быстрее других, что понятие покоя абсолютно, что для того, чтобы тело двигалось, его постоянно должен подталкивать воздух, а, следовательно, движение тел свидетельствует об отсутствии пустоты.
1592 г. стал профессором университета в Падуе, где проработал 18 лет (по 1610 г.). Это был самый плодотворный период его деятельности. В эти годы он занимается вопросами механики (падение тел, движение их по наклонной плоскости и под углом к горизонту), гидростатикой, теорией простейших машин и сопротивлением материалов. К, концу перуанского периода Галилей открыто выступает против системы Птолемея - Аристотеля.
Галилей был убежденным сторонником учения Коперника. Он считал, что наблюдения и опыт - вернейшее средство познания природы. Поэтому в астрономии он придавал особенное значение наблюдениям неба. Коперник, Бруно и их современники могли увидеть на небе только то, что доступно невооруженному глазу. Галилей был первым ученым, начавшим наблюдения неба при помощи построенных им зрительных труб.
В июле 1609 Галилей построил свою первую подзорную трубу - оптическую систему, состоящую из выпуклой и вогнутой линз, - и начал систематические астрономические наблюдения. Это было второе рождение подзорной трубы, которая после почти 20-летней неизвестности стала мощным инструментом научного познания. Поэтому Галилея можно считать изобретателем первого телескопа. Узнав об изобретенной в Голландии подзорной трубы, Галилей в 1609 построил свой первый телескоп с трехкратным увеличением, а чуть позже – с увеличением в 32 раза. Как он сам писал впоследствии, «построил себе прибор в такой степени чудесный, что с его помощью предметы казались почти в тысячу раз больше и более чем в тридцать раз ближе, чем при наблюдении невооруженным глазом». Галилей наладил у себя производство телескопов.
В трактате "Звёздный вестник", вышедшем в Венеции 12 марта 1610 он впервые описал открытия, сделанные с помощью телескопа.
Создание телескопа и астрономические открытия принесли Галилею широкую популярность. Как отмечал С.И.Вавилов, "именно от Галилея оптика получила наибольший стимул для дальнейшего теоретического и технического развития". Оптические исследования Галилея посвящены также учению о цвете, вопросам природы света, физической оптике. Галилею принадлежит идея конечности скорости распространения света и постановки (1607) эксперимента по её определению.
Астрономические открытия Галилея сыграли огромную роль в развитии научного мировоззрения, они со всей очевидностью убеждали в правильности учения Коперника, ошибочности системы Аристотеля и Птолемея, способствовали победе и утверждению гелиоцентрической системы мира. В 1632 вышел известный "Диалог о двух главнейших системах мира", в котором Галилей отстаивал гелиоцентрическую систему Коперника. Выход книги разъярил церковников, инквизиция обвинила Галилея в ереси и, устроив процесс, заставила публично отказаться от учения Коперника, а на "Диалог" наложила запрет. После процесса в 1633 Галилей был объявлен "узником святой инквизиции" и вынужден был жит сначала в Риме, а затем в Арчертри близ Флоренции. Однако научную деятельность Галилей не прекратил, до своей болезни (в 1637 Галилей окончательно потерял зрение) он завершил труд "Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки", который подводил итог его физических исследований.
В 1642 г. Галилея не стало. Ушел из жизни один из замечательных мыслителей, великий астроном, механик, физик, математик. Он умер на 78-м году жизни вблизи Флоренции на руках своих учеников Вивиани и Торричелли. И только через 95 лет была исполнена его последняя просьба: его прах был перенесен в церковь Санта Кроче во Флоренции, где он и покоится рядом с Микеланджело. Только в 1971 г. католическая церковь отменила решение об осуждении Галилея.
Созданные нами приборы по схемам Галилея.
1.Телескоп
Для создания телескопа мы использовали выпуклую линзу диаметром 4 см и фокусным расстоянием 20 см, вогнутую линзу диаметром 3 см. Расстояние между ними 25-30 см. С помощью нашего телескопа можно рассмотреть предметы на большом расстоянии, написанный текст, кратеры на Луне.
2.Микроскоп
Мы попробовали сделать микроскоп по схемам Галилея. Для этого мы использовали двояковыпуклую линзу диаметром 3 см и фокусным расстоянием 6 см и двояковогнутую линзу такого же диаметра. С помощью нашего микроскопа можно рассматривать мелкие предметы, увеличенные приблизительно в 10 раз. Любопытно то, что в микроскопе Галилея используется в качестве объектива рассеивающая линза. Никто из других изобретателей этого не делал.
3.Термоскоп
По рисункам мы создали термоскоп Галилея. Он состоит из двух колб, соединенных стеклянной трубкой с пробками и налитой в одну из колб подкрашенной водой. Если обхватить нижнюю колбу руками, то вода в трубке начнет расширяться и подниматься вверх. Если же руками обхватить верхнюю колбу, то вода будет опускаться вниз. Этот прибор явился прообразом современного термометра. А на наблюдаемом явлении создали термометр Галилея, автором которого на самом деле был Фердинанд II герцог Тосканский из рода Медичи (1641).
4.Гидростатические весы
Мы попробовали сделать гидростатические весы. Они состоят из рычажных весов, стакана с водой и разновесов. На одну чашку весов положим исследуемый предмет, уравновесив его грузами на другой чашке весов. Затем предмет опускаем в воду, равновесие весов нарушится, так как действует сила Архимеда. Снова уравновесим весы. Делим массу предмета в первом случае на массу предмета во втором случае и получим плотность предмета.
Опыт с драгоценными камнями:
Мы знаем, что людей могут обманывать в магазинах и вот один из случаев:
Нам продают драгоценный камень, название которого зеленый моховой кварц, а цена более 2 тыс. рублей за 42 карата, но у меня он вызывает сомнения, я хочу проверить настоящий он или нет, чтобы это сделать я воспользуюсь гидростатическими весами Галилея
1)нам нужно определить объем и плотность этого камня
2)уравновешиваем весы
3)под одной из чаши весов находится стакан с жидкостью известной плотности дистиллированной воды – плотность составляет 1000 кг\м3
3) опускаем наш камень, привязанный к чашечке в эту воду
4)в это же время на другой чаше находиться гирьки, составляющие вес этого камня
5)после опущения камня в воду равновесие весов нарушилось, потому что действует сила Архимеда
6)величину эту легко определить, уравновесив снова весы, путем добавления на эту чашу разновесов
7) тем самым мы определили плотность камня, и она составляет 2420 кг\м3, что соответствует плотности стекла.
8) а я знаю, что плотность это камня приблизительно 2700 кг\м3
Вывод: это не зеленый моховый кварц, а стекло. Стоимость такого стеклянного шарика составляет не более 10 рублей.
Опыт с минералом из калийной шахты.
При отработке пластов каменной соли (горная порода галит) в калийной шахте были обнаружены вкрапления какого-то минерала, похожего на медь, а может на золото? С помощью гидростатических весов проверим это.
Масса минерала в воздухе- 10 г.
Масса минерала в воде –2г.
Значит плотность камня- 5 кг\м3, что это не соответствует ни меди, ни тем более золоту. (плотность меди-8600 кг\м3, плотность золота - 19000 кг\м3)
