10 najpiękniejszych eksperymentów z fizyki (ang. The Prism and the Pendulum: The Ten Most Beautiful Experiments in Science) – książka autorstwa historyka nauki Roberta P. Crease wydana w 2003 roku. Została sporządzona na podstawie ankiety przeprowadzonej wśród fizyków z całego świata. Prezentuje najsłynniejsze i najpiękniejsze eksperymenty z fizyki:

Inne brane pod uwagę doświadczenia to:

Pomiar Eratostenesa (ok. roku 230 p.n.e.) – pomiar obwodu Ziemi

Wirująca Ziemia widziana z kosmosu

Eratostenes (znany także pod nieskromnym imieniem β (Beta), ponieważ sam sobie i współczesnym udowodnił, że jest drugim pod względem zakresu i różnorodności posiadanej wiedzy i dokonań naukowcem tamtych czasów) dokonał niewiarygodnie (jak na rok 230 p.n.e.) dokładnych pomiarów obwodu Ziemi. Ich wyniki przedstawił w dziele "O pomiarach Ziemi", które nie przetrwało do naszych czasów. Część obliczeń dokonanych przez Eratostenesa można znaleźć w pracach innych autorów (takich jak: Kleomedes, Teon ze Smyrny i Strabon).

Pomiar obwodu Ziemi; oznaczenia: Siena – Syene, Alejandría – Aleksandria, Luz solar – promienie słoneczne, Trópico de Cáncer – Zwrotnik Raka, Ecuador – równik, Norte – Biegun Północny, Sur – Biegun Południowy.

Eratostenes porównał długość cieni rzucanych w południe, w czasie letniego przesilenia, pomiędzy Syene (dzisiejszy Asuan w Egipcie nad Nilem) i Aleksandrią. Założył przy tym, że Słońce jest tak odległe, że promienie światła w obu miejscach są praktycznie równoległe. W tym okresie promienie słoneczne w Syene oświetlały dno głębokiej studni, padały więc pionowo (Słońce było w zenicie), podczas gdy w tym samym czasie w Aleksandrii, leżącej według Erastotenesa na tym samym południku (co nie jest prawdą, ale popełniany błąd jest niewielki), padały one pod kątem 7,2 stopnia (co stanowi 7,2/360 czyli 1/50 część kąta pełnego).

Od podróżników karawan wiedział także, że odległość pomiędzy tymi miastami wynosi ok. 5000 stadionów (tj. ok. 800 km, dokładna wartość długości stadionu nie jest znana, ale średnio antyczny stadion miał długość ok. 185 m). Obwód Ziemi powinien być więc 50 razy większy, czyli wynosić ok. 40 000 km.

Oczywiście, jak już zostało to wspomniane wyżej, były tu pewne niedokładności (rzeczywista średnia wartość obwodu Ziemi wynosi dokładnie 40 041,455 km, a uważa się, że Erastostenes podał ją w granicach od 39 690 km do 46 620 km), ale do dnia dzisiejszego używa się tej metody do dokładnych pomiarów Ziemi.

Eksperyment Galileusza (rok 1600) – spadek swobodny ciał o różnej masie

Turyści obserwujący Galileusza zrzucającego kule z Krzywej Wieży w Pizie (fotomontaż ilustrujący eksperyment)

Arystoteles twierdził, że ciało spada na ziemię tym szybciej, im jest cięższe. Aż do późnych lat XVI wieku było to bardzo popularne mniemanie. Może nam to uzmysłowić, jak bardzo zaniedbywano w okresie średniowiecza fizykę doświadczalną, skoro nadal opierano się na błędnej w tym wypadku wiedzy starożytnych Greków (klasycyzm – powtarzana była teoria, lecz bez empirycznej weryfikacji). Dopiero Galileusz przeciwstawił się temu twierdzeniu, stawiając na szali cały swój autorytet i stanowisko dziekana katedry matematyki na Uniwersytecie w Pizie.

Animacja upuszczanych przez Galileusza kul.

Zrobił to w dość spektakularny sposób: zrzucał mianowicie kule o różnych masach z Krzywej Wieży w Pizie i mierzył czas ich spadania. W tym samym czasie upuścił z wieży 2 kule: ciężką kulę armatnią o wadze 80 kg i znacząco lżejszą kulkę muszkietową o wadze 200 g. Oba ciała (które miały podobną formę) dosięgnęły ziemi w tym samym momencie.

Udowodnił więc, że czas ich opadania jest dokładnie taki sam (przy zaniedbaniu nieznacznego w tym przypadku efektu wynikłego z oporu powietrza). Dowód ten stanowi jedną z podwalin mechaniki klasycznej, a historia ta stanowi jeden z elementów folkloru naukowego. Pokazuje też, że w nauce wyniki eksperymentu są zawsze ważniejsze niż autorytet nawet najbardziej uznawanego i poważanego człowieka.

Eksperyment Galileusza (rok 1600) – obserwacja ruchu ciał staczających się z równi pochyłej

Strona z pracy Galileusza "O prawach spadania ciał".

Jakkolwiek prawdziwość eksperymentu ze spadającymi kulami z Krzywej Wieży w Pizie (o którym wzmianka pojawiła się po raz pierwszy w pracy jego ucznia Vincenzo Viviani) jest obecnie podawana przez niektórych uczonych i historyków w wątpliwość, to nikt nie wątpi w to, że Galileusz wykorzystał kule toczące się w dół na równi pochyłej w celu badania ich prędkości i przyspieszenia.

Jego równia składała się z blatu (o długość 20 kubitów i szerokość połowy kubita, czyli ok. 6 m na 15 cm), który pośrodku miał precyzyjnie nacięty rowek. Był on tak gładki, jak to tylko było możliwe do wykonania. Galileusz pochylił blat tak, że utworzył on równię pochyłą i spuszczał z niego mosiężne kule. Jednocześnie mierzył czas ich toczenia za pomocą zegara wodnego – dużego naczynia z wodą, która wypływała przez cienką rurkę. Za każdym razem ważył wodę, która wypłynęła z naczynia i porównywał wyniki z przebytym przez kulę dystansem.

Równia pochyła

Arystoteles błędnie przypuszczał, że prędkość toczącej się kuli powinna być stała. Jeśli podwoimy czas toczenia się, to kula powinna przebyć dwa razy dłuższą drogę. Galileusz za pomocą tego eksperymentu obalił to twierdzenie. W rzeczywistości przy podwojeniu czasu toczenia kula przebyła drogę cztery razy dłuższą. Droga ta jest wprost proporcjonalna do kwadratu czasu. A powodem tego wszystkiego jest przyspieszenie wnoszone przez grawitację.

Oba eksperymenty (ze zrzucaniem kul z wieży i z toczeniem ich na równi pochyłej) dowodziły tej samej w istocie rzeczy: spadające lub toczące się obiekty (toczenie się jest wolniejszą wersją spadania tak długo, jak rozłożenie masy w obiekcie jest takie samo) zwiększają prędkość niezależnie od ich masy. Było to jak na wiek XVII rewolucyjne stwierdzenie.