ĐỊNH LUẬT RƠI TỰ DO
- Nội dung phát hiện: các vật thể luôn rơi cùng một vận tốc mà không phụ thuộc vào trọng lượng của chúng.
- Người phát hiện: Galileo Galilei.
Tại sao định luật rơi tự do lại có tên trong 100 phát hiện khoa học vĩ đại nhất?
Định luật này dường như không có gì đặc biệt, các vật nặng lại không rơi nhanh hơn các vật nhẹ, tại sao phát hiện đó lại được coi là vĩ đại nhất? Bởi vì khoa học trước đó đều được xây dựng trên cơ sở lý luận của hai nhà khoa học Hy Lạp cổ là Aristotle và Ptolemy. Định luật của Galileo ra đời đã chấm dứt thời kỳ thống trị lâu dài của những lý luận đó, đồng xây dựng lên cơ sở của khoa học hiện đại. Phát hiện của Galileo đã đưa vật lý học bước sang giai đoạn hiện đại, đặt nền móng cho sự ra đời của định luật vạn vật hấp dẫn và định luật vận động của Newton sau này, nó là bộ phận cấu thành nên cơ sở của vật lý học và công trình học hiện đại.
Định luật rơi tự do đã ra đời như thế nào?
Ở tuổi 24, Galileo đã là giáo sư toán học của trường Pisa ở Italia. Mỗi khi gặp những vấn đề hóc búa ông thường ngồi trầm ngâm trong nhà thờ. Những ngọn đèn thắp sáng trong nhà thờ cứ đung đưa nhè nhẹ trên những sợi dây xích dài. Vào một ngày mùa hè năm 1598 Galileo bỗng phát hiện tất cả các ngọn đèn đều dao động với cùng một vận tốc như nhau.
Galileo quyết định tiến hành đo thử thời gian dao động của các ngọn đèn, thế là ông sờ vào động mạch cổ, lắng nghe nhịp đập để tính tốc độ dao động của một ngọn đèn. Ông tiếp tục làm như vậy với một ngọn đèn lớn hơn và kết quả thu được là tốc độ dao động của hai ngọn đèn là như nhau. Ông đã mượn những bấc đèn dài dùng thắp đèn, dùng sức lắc mạnh hai chiếc đèn to nhỏ khác nhau. Sau nhiều ngày miệt mài làm thử nghiệm ông phát hiện ra rằng thời gian dao động theo vòng cung của hai ngọn đèn là như nhau và không phụ thuộc vào trọng lượng, kích thước của chúng cũng như độ dài của dây cung.
Ngọn đèn có kích thước to và nặng hơn lại có tốc độ rơi tương tự như ngọn đèn nhỏ hơn nó, phát hiện này hoàn toàn trái ngược với cơ sở lý luận đã duy trì suốt 2000 năm trước đó. Galileo cảm thấy bị lôi cuốn bởi khám phá này.
Trên giảng đường của đại học Pisa, Galileo một tay cầm một miếng gạch, tay kia cầm hai miếng gạch đã được gắn với nhau bằng vữa, ông làm ra vẻ đang tính toán so sánh trọng lượng của hai bên tay. Ông nói với các sinh viên: “Thưa các bạn, tôi đã quan sát sự dao động qua lại của quả lắc đồng hồ, tôi rút ra một kết luận là quan điểm của Aristotle đã sai lầm”.
Tất cả các sinh viên trong lớp đều không khỏi kinh ngạc: “Aristotle đã sai lầm?”. Đối với sinh viên, ngay từ khi vào trường, bài học tự nhiên đầu tiên học được học là: Học thuyết của nhà triết học cổ đại Hy Lạp Aristotle là cơ sở của khoa học, định lý của Aristotle đưa ra là: Các vật nặng hơn sẽ rơi với vận tốc nhanh hơn.
Galileo đứng hẳn lên bàn, đưa hai miếng gạch lên cao ngang tầm lông mày sau đó thả tay xuống cùng một lúc, “cạch” một tiếng, cả hai miếng gạch đều rơi xuống đất cùng một lúc. Ông hỏi cả lớp: “Miếng gạch nặng hơn có rơi nhanh hơn không?”.
Cả lớp lắc đầu: “Không, chúng rơi xuống cùng nhau”. Galileo nói to lên: “Lại một lần nữa!”, ông lại thả hai miếng gạch xuống, các sinh viên trong lớp cứ tròn mắt ra quan sát. Sau tiếng “cạch”, Galileo lại hỏi: “Miếng nặng hơn có rơi nhanh hơn không?”, cả lớp ngạc nhiên trả lời: “Không, cả hai miếng cùng rơi xuống như nhau”, Galileo tuyên bố trước lớp: “Kết luận của Aristotle là sai lầm!”.
Thế nhưng, người ta không công nhận phát hiện của Galileo. Khi chứng kiến thí nghiệm hai miếng gạch rơi, một người bạn của Galileo – nhà toán học Ostilio Ricci đã nói: “Tôi công nhận rằng hai miếng gạch đều rơi xuống cùng một vận tốc, nhưng tôi vẫn không thể tin kết luận của Aristotle là sai được, vẫn cần phải có những minh chứng khác thuyết phục hơn”.
Galileo quyết định công khai tiến hành một thí nghiệm khác mang tính thuyết phục hơn để mọi người có thể công nhận phát hiện của ông. Ông đã leo lên nóc tòa nhà tháp nổi tiếng ở Pisa, ở độ cao 191 feet, ông đồng thời thả xuống hai quả cầu bằng chì có khối lượng lần lượt là 10 pound và 1 pound. Mặc dù chúng ta không có những căn cứ chính xác để xác thực sự việc trên nhưng định luật rơi tự do của Galileo đã được chứng minh là chính xác.
