В вопросе о движении бросаемых тел позиция Аристотеля, полагавшего, что выпущенное из рук тело падает к центру Земли, если на него не действует сила, была особенно слаба. Действительно, если камень вылетает из пращи, то не ясно, какая сила заставляет его пролететь некоторое расстояние вверх, прежде чем он начнет падать на землю? Аристотель предположил, что воздух, расталкиваемый камнем, смыкается за камнем и толкает его сзади. Однако такое объяснение, по-видимому, не удовлетворяло ни его, ни его последователей.

Пытаясь решить эту проблему, Галилей предположил, что при бросании камня ему сообщается некоторая горизонтальная скорость, которая остается постоянной (если не учитывать сопротивления воздуха) так как в горизонтальном направлении не действуют никакие силы. В вертикальном же направлении действует сила, которая вынуждает(?) тело падать на землю с постоянным ускорением. Далее Галилей выдвинул предположение, что движение брошенного тела складывается из равномерного движения по горизонтали и равноускоренного движения по вертикали.

Наиболее важным, но интуитивно не очевидным является предположение, что тело, брошенное горизонтально, падает вниз точно так же, как и тело, которое начинает падать одновременно с первым, но без горизонтальной скорости. Единственное различие в движениях этих тел состоит в том, что первое тело, падая по вертикали с постоянным ускорением, одновременно равномерно перемещается по горизонтали:

величина горизонтального перемещения = v0t,      (2.24)

величина вертикального перемещения = 1/2 аt2. (2.25)

Полное смещение складывается из этих двух перемещений, и в результате, как показывает Галилей, основываясь на упомянутых выше предположениях, траектория брошенного тела оказывается параболой.

Сагредо ошеломлен:

«Не могу отрицать, что рассуждение ново, остроумно и доказательно, если исходить из предположения, что движение в поперечном направлении остается всегда равномерным, а естественное падение сохраняет свою особенность ускоряться пропорционально квадрату времени, и что такие движения и скорости слагаются, но не мешают и не препятствуют друг другу …».

В классическом примере рассматривается падение пушечного ядра с мачты движущегося корабля (фиг. 8). С точки зрения наблюдателя, находящегося на берегу, ядро падает с постоянным ускорением и одновременно движется равномерно по горизонтали. Матрос же, стоящий па борту, движется по горизонтали с такой же скоростью, как и ядро, поэтому с его точки зрения ядро падает вертикально вниз и опускается у основания мачты.

падение пушечного ядра

Трактат Галилея «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки» больше всего, поражает своим вполне современным языком. За исключением стиля, неизбежно изменившегося за 300 лет, все те проблемы, которые обсуждает Галилей, и слова, которыми он пользуется, — сила, ускорение, равномерное движение, инерция — абсолютно для нас понятны. И когда Галилей старается подыскать определение какого-нибудь понятия, скажем движущей силы, его поиски направлены по такому пути, который со временем приведет к плодотворным результатам. Так, в процессе доказательства Сальвиати указывает, что ускорение тела, скользящего вдоль гладкой наклонной плоскости, зависит от угла наклона и меньше, чем при свободном падении, т. е. он предполагает, что сила, заставляющая (?) тело скользить вниз по плоскости и зависящая от наклона, пропорциональна ускорению тела. (Это предположение станет позднее вторым законом Ньютона.)

При изучении проблемы движения Галилей использовал метод Евклида. Сначала он вводил определения и постулаты, а затем получал из них определенные следствия. Подобно тому как Евклид установил соотношения в пространстве, Галилей выявил характер движения тел. Физики последующего поколения использовали эти результаты при решении вопроса о том, какая причина заставляет тело равномерно ускоряться вблизи земной поверхности, так как из них выводится зависимость параметров движения от времени. Таким образом, его наблюдения реальных движений тел при различных обстоятельствах вблизи земной поверхности и анализ Галилеем этих движений позволили создать те методы, с помощью которых, по его скромному предсказанию, «в ее (науки) глубокие тайны проникнут более проницательные умы».