GALILEO GALILEI

Galileo nació en Pisa en 1564, hijo de Vincezo Galilei, con grandes estudios en música, y Giulia Ammannati. Estudió en Pisa, donde más tarde, ostentaría la cátedra de matemáticas desde 1589 hasta 1592. Cuando fue nombrado catedrático de matemáticas en la Universidad de Padua, en donde permaneció hasta 1610. Durante esos años llevó a cabo estudios y experimentos de mecánica. Además construyó un termoscopio. También diseñó y fabricó un compás para uso geométrico y militar, con su propio manual de instrucciones.

  En 1594 obtuvo la patenete para máquinas elevadoras de agua. Inventó el microscopio y construyó un telescopio, con el que hizo observaciones celestes, siendo la más destacada, el descubrimiento de los satélites de Júpiter. En 1610 fue nominado al matemático más destacado de la Universidad de Pisa, y recibió el título Grand Duke de Tuscany en matemáticas.

  Estudió Saturno y observó las fases de Venus. En 1611 se mudó a Roma. Lo nombraron miembro de la Academia dei Lincei, y se dedicó a la observación de las manchas solares. En 1612 empezó a encontrar seria oposición a su teoría sobre el movimiento de la Tierra, que intentaba explicar después de Copérnico. En 1614, el padre Tommaso Caccini denunció las opiniones de Galileo sobre el movimiento de la Tierra desde el púlpito de Santa María Novella, juzgándolas de erróneas. Galileo se defendió en Roma de las cargas que habían hecho contra él, pero en 1616, fue amonestado por el Cardenal Bellarmino quien dijo que no debería defender la astronomía Copernicana porque iba en contra de la doctrina de la Iglesia.

  En 1622, Galileo escribió Saggiatore (El Ensayador), que fue aprobado y publicado el año siguiente. En octubre del año 1630 fue llamado por el Santo Oficio a Roma. El tribunal aprobó una sentencia condenatoria y lo condenó a retractarse solemnemente de su teoría. Lo mandaron al exilio a Siena y finalmente, en diciembre de 1633, se le permitió retirarse a su casa de Acetri (el Gioiello). Su salud fue decayendo: en 1638 estaba completamente ciego, y se vio privado de su hija, la hermana Maria Celeste, quien murió en 1634.

Galileo Galilei murió en Arcetri el 8 de Enero de 1642, a la edad de 77 años.

En el campo de la astronomía, hemos analizado las observaciones que llevó a cabo Galileo de la Luna y de los satélites de Júpiter tal y como se describe en su libro Sidereus Nuncius, de las manchas solares tal y como se explica en sus Cartas sobre las manchas solares, de Venus como se describe en una carta a Benedetto Castelli, y de Saturno tal y como anunció en otra carta.

-La controversia sobre las manchas solares comenzó a principios del siglo XVII, poco después del descubrimiento del telescopio. En aquella época, la cosmología Aristotélica veía los cielos como perfectos e inmutables, y cada objeto planetario era una esfera perfecta. Galileo desarrolló un estudio sobre las manchas solares y produjo una excelente cronología de su movimiento

En 1612, durante los meses de verano, Galileo realizó una serie de observaciones que se publicaron en Istoria e Dimostrazioni Intorno Alle Macchie Solari e Loro Accidenti Rome (Historia y Demostraciones De Manchas Solares y sus Propiedades, publicado en 1613). Dado que las observaciones fueron realizadas aproximadamente en el mismo momento del día, el movimiento de las manchas sobre el Sol puede verse fácilmente.

  Para ilustrar esto, hemos colocado treinta y seis de los dibujos de Galileo uno a continuación de otro para producir una animación que puede verse en dos velocidades. La velocidad más lenta ofrece la oportunidad de estudiar más atentamente los dibujos de Galileo, mientras que la rápida demuestra mejor el movimiento de las manchas solares. Estas imágenes han sido tomadas de la copia de la primera edición de Istoria e Dimostrazioni.

Dibujos de las manchas solares

Estas son las imágenes por separado de las observaciones de las manchas solares que realizó Galileo.

Actualmente se sabe que las manchas solares son el resultado de zonas más frías de la fotosfera del Sol creadas por grandes corrientes de flujo magnético que la atraviesan.

-Según la visión del universo de Aristóteles, todas las cosas giran en torno a la Tierra. Por tanto, sólo puede existir un centro de rotación. Desafortunadamente, Galileo descubrió varios problemas a esta afirmación. Júpiter, por sí solo, tenía cuatro objetos girando a su alrededor, y estos cuatro objetos, por tanto, no tenían un centro de rotación en torno a la Tierra. O Aristóteles o Galileo debían estar equivocados, y Galileo no iba a abandonar su búsqueda por la verdad.

Observaciones de Galileo

-Galileo puso sus observaciones de las lunas de Júpiter en su libro Siderius Nuncius. Estudió Júpiter a lo largo de un mes y fue capaz de mostrar el movimiento de los satélites en torno a

Júpiter.

En la figura se muestra una de sus observaciones tal y como aparece en Siderius Nuncius.

-Hasta que Galileo comenzó a estudiar la Luna y Venus, no tenía una evidencia concreta para apoyar el Sistema de Copérnico.

  Venus proporcionó esa prueba, al menos a los ojos de Galileo. Después de observar el planeta varias veces, Galileo comenzó a ver ligeros cambios en iluminación. Pronto se dio cuenta de que Venus, al igual que la Luna, estaba cambiando de fase. Venus experimentaba periodos equivalentes a Luna llena, Luna nueva, y todos los estados intermedios.

  Para Galileo, esto era la prueba de que la Tierra debía girar, junto con los otros planetas, alrededor del Sol. Los escépticos argumentaron que esto no era necesariamente así, sino que se conseguía el mismo efecto con tal de mantener un punto de vista geocéntrico. Esto se conseguía teniendo a Venus orbitando en torno al Sol, y al Sol orbitando en torno a la Tierra. Aunque esto parece absurdo hoy en día, los seguidores de la Iglesia y Aristóteles encontraron esta explicación suficiente.

-Saturno ha sido por mucho tiempo el favorito de los astrónomos debido a sus anillos. A comienzos de 1600, sin embargo, Saturno era todo un misterio.

  El primer intento de Galileo de observar Saturno le llevó a la creencia de que Saturno era en realidad un conglomerado de tres planetas. Uno grande central con dos cuerpos laterales más pequeños. No fue hasta varios años después cuando Galileo se dio cuenta de que Saturno estaba en realidad rodeado por anillos, no por planetas

  Galileo se enfrentó a dos problemas principales al observar Saturno. El más importante es la distancia y el brillo de Saturno: Saturno está muy lejos y es de un color muy suave, lo que hace muy complicada su observación.

Para realizar todos los experimentos que llevó a cabo en su labor de científico, Galileo uso diversos instrumentos. A continuación se muestra una descripción de cada uno de ellos.

El telescopio

En seguida fue el prototipo de los instrumentos de la ciencia moderna. Pero el telescopio no fue un invento de un científico, sino de un artesano. Por esta razón, no se conoce bien su origen, ni su artesano inventor, creándose una larga literatura al respecto, que ha hecho invisible a la Historia dicho nombre.

  Aunque la cualidad de aumentar o disminuir de los objetos transparentes cóncavos y convexos ya se conocía en la Antigüedad, las lentes, tal y como hoy las conocemos, aparecieron en el Oeste allá por finales del siglo XIII. Los cristales de calidad razonable y relativamente baratos nacen en los grandes centros de cristal de Venecia y Florencia, que alcanzan un gran nivel de desarrollo. Con los años, la vista pierde progresividad y capacidad para acomodarse a las distintas distancias. La presbicia, se hace más notable sobre los cuarenta años, cuando no se puede enfocar a una distancia confortable para el ojo. En el siglo XIII se hacen muy comunes unas gafas, aunque son muy molestas, especialmente para la escritura. Un artesano veneciano empezó a crear pequeños discos de cristal, convexos por las dos caras, que se podían poner en el mismo plano.

El buhonero, por Stradanus, 1582

Estos anteojos eran pues, gafas de lectura. Cuando uno tenía problemas de lectura, iba a la tienda de anteojos y encontraba un par adecuado a base de prueba y error. Eran gafas para la gente mayor. Pero a mediados del siglo XV ya se fabricaron los primeros anteojos para compensar la miopía. En esta época, ya estaban pues, todos los ingredientes para la construcción de un telescopio. Su efecto se puede conseguir por la combinación de varios cristales y espejos cóncavos y convexos. Con lo que no se sabe exactamente por qué no se inventó en aquel siglo.

  En la literatura de la magia blanca, tan popular en el siglo XVI, había varias referencias a dispositivos que permitían ver al enemigo a gran distancia. Pero en cualquier caso se mezclaban con literatura fantástica y no se daba una descripción exacta de dicho aparato. Es posible, que en 1570 Leonard y Thomas Digges, en Inglaterra, crearan un instrumento de lentes y espejos convexos, pero en cualquier caso no pasó de ser un aparato de laboratorio, totalmente experimental y sin construcción en masa.

  El telescopio se estrenó en los Países Bajos. En Octubre de 1608, Hans Lipperhey y Jacob Metius presentaron un aparato para ver las cosas lejanas como si estuvieran cerca. Consistía en lentes cóncavas y convexas dentro de un tubo, cuya combinación permitía tres o cuatro aumentos. Se consideró que era muy fácil de copiar la patente, con lo que se le dio un premio a Metius y se contrató a Lipperhey para que fabricara varios más en su versión binocular.

La ilustración más antigua conocida de un telescopio
Giovanpattista della Porta incluyo este dibujo en una carta escrita en Agosto de 1609

Las noticias de este nuevo invento se extendieron rápidamente por toda Europa, y el aparato en sí las siguió. En Abril de 1609, ya se podían comprar en una tienda de lentes en París, con una capacidad de tres aumentos. Pocos meses después llegaron a Italia. Se sabe que Thomas Harriot observó la Luna con un telescopio de seis aumentos en Agosto de 1609, pero fue Galileo quien hizo famoso este invento. Construyó su primer catalejo de tres aumentos en Junio o Julio de 1609, presentando el de ocho al Senado veneciano en Agosto. Y en Octubre o Noviembre ya observaba los cielos con uno de veinte aumentos. Con este instrumento observó la Luna y descubrió cuatro satélites en Júpiter. Publicó Sidereus Nuncius en Marzo de 1610.

Telescopios de Galileo

Verificar los descubrimientos de Galileo fue inicialmente muy difícil. En la primavera de 1610, nadie tenía telescopios de suficiente calidad y potencia para ver los satélites de Júpiter, aunque muchos sí tenían aparatos más débiles con los que observaron otros detalles descritos por Galileo, en este caso en la Luna. Los demás astrónomos necesitaron seis meses para poder ver las lunas de Júpiter. Con la verificación de las fases de Venus, por otros astrónomos, la primera mitad de 1611, el liderazgo de Galileo en la fabricación de telescopios se desvaneció un poco. El siguiente descubrimiento, las manchas solares, fue realizada por varios observadores, incluido Galileo, de forma independiente.

  Un telescopio típico de Galileo con el que se podían ver las lunas de Júpiter, se describió de la siguiente manera: Tiene un objetivo plano-convexo (la lente hacia el objeto) con una distancia focal entre 75 y 100 cm., y un visor plano-cóncavo con una distancia focal de unos cinco centímetros. El visor está en un pequeño tubo que puede ajustarse para el enfoque. La ampliación del instrumento era de unos 15 a 20 aumentos. Los cristales estaban llenos de pequeñas burbujas y tenían una tonalidad verde (debido al contenido de hierro en el cristal). La forma de las lentes era razonablemente gordas en el centro, y delgadas en la periferia. La gran limitación de estos instrumentos era el campo de visión que sólo permitía ver una cuarta parte de la Luna. Durante las siguientes décadas se mejoró la tecnología de las lentes.

  Como hemos mencionado antes, el efecto del telescopio se puede conseguir con distintas combinaciones de lentes y espejos. En 1611, Johanes Kepler demostró que el mismo efecto se puede obtener con un objetivo convexo y un visor convexo. Conseguía una imagen mayor pero invertida, con lo que añadiendo una tercera lente convexa, se podía enderezar de nuevo la imagen. De todas formas no se extendió mucho su uso entre los astrónomos hasta la publicación de un libro por parte de Christoph Scheiner, quien extendió su uso en 1630. En su estudio sobre las manchas solares, experimentó con telescopios de lentes convexas. Cuando vio a través del telescopio, se encotró con que a pesar de tener la imagen invertida, era más brillante y su campo de visión mucho mayor que con el telescopio de Galileo. En tanto que la inversión de la imagen no tiene importancia en la observación del Espacio, este telescopio tuvo una aceptación general a mediados del siglo.

  El telescopio de Galileo se podía usar para observaciones terrestres o celestes indistintamente. Mientras que los astrónomos preferían el otro telescopio para observaciones de los astros. Los astrónomos evitaban el telescopio de tres lentes convexas, pues a más lentes, se multiplicaban los defectos ópticos de las lentes. Lo cual obligó a una reinvención de la imagen. Por otra parte, en la segunda mitad del siglo XVII el telescopio de Galileo se sustituyó por el telescopio terrestre, de cuatro lentes convexas: objetivo, visor, enderezador de imagen y lente de campo (que ampliaba el campo de visión).

  Con la aceptación del telescopio de astronomía, el limite de amplificación causado por el pequeño campo de visión del telescopio de Galileo llevó a una carrera de telescopios por desarrollar uno mejor. Debido a los defectos ópticos, la curvatura de las lentes debía minimizarse, y dado que la amplificación viene dada por el radio de las lentes del objetivo y del visor, el aumento de la amplificación debía conseguirse aumentando la distancia focal del objetivo. A principios de los años 1640, la longitud del telescopio comenzó a aumentar. Del típico telescopio de Galileo, que medía algo más de metro y medio, los telescopios de astronomía pasaron a medir entre 4, 5 y 6 metros, a mediados de siglo. Uno de estos sería por ejemplo de los fabricados por Christian Huygens, en 1656, el cual medía 7 metros de largo y conseguía un aumento de 100 veces.

  Pero estos telescopios de mayor amplificación, tenían todavía más restringido el campo de visión. Por ello mismo, las lentes de campo de visión recuperan auge. Añadiendo una tercera lente convexa de longitud focal adecuada y colocándola en el sitio apropiado, se incrementa considerablemente el campo de visión, permitiendo mayores amplificaciones. La carrera de los telescopios renace considerablemente de nuevo, con un aumento mayor de su longitud. Aproximadamente en 1670, Johannes Hevelius fabricó un telescopio de 42 metros.

Telescopios de 60 y 140 pies de Hevelius (Machina Coelestis, 1673)

Pero tan enormes telescopios eran poco útiles en observación: era casi imposible mantener las lentes alineadas y cualquier viento podía hacer moverse al telescopio. Después de 1675, abandonaron los telescopios de tubo. El objetivo pasó a ser construirlos en un edificio y por medio de poleas y cadenas apuntar, siguiendo la teoría de prueba y error. La pieza ocular (lente de campo de visión y el ocular) se montó sobre un pequeño puesto donde se recibía la imagen del objetivo. Estos telescopios se llamaron "telescopios aéreos".

Telescopio aéreo (Christiaan Huygensm Astroscopium Compendiaria,1684)

Aunque se realizaron algunos descubrimientos con estos telescopios, estos instrumentos habían sobrepasado sus límites. A principios del siglo XVIII rara vez se montó ningún otro de estos telescopios. El nuevo incremento de la potencia llegó a principios de los 1730 de la mano de un nuevo telescopio, el telescopio de reflexión.

  En tanto que se conoció que el efecto del telescopio se podía lograr usando varias combinaciones de lentes y espejos, numerosos científicos especularon sobre las posibilidades de combinarlos. Muchas de esas especulaciones redundaron en el refinamiento del estudio teórico del telescopio. En uno de los apéndices de su "Discurso del Método"(1637), René Descartes apuntaba el problema de la aberración esférica, ya nombrada por otros autores. En una fina lente esférica, no todos los rayos incidentes desde el infinito (paralelos al eje axial) se unen en un punto. Algunos de ellos cruzan el eje axial más cerca de la parte trasera de la lente. La ley de Snell le permitió a Descartes cuantificar la aberración esférica. Y observó que para eliminar dicha aberración, la curvatura de las lentes debía ser plano-hiperbólica o esférico-elipsoidal. Su demostración condujo a muchos a intentar crear un objetivo plano-hiperbólico, un esfuerzo condenado al fracaso por la tecnología en cristales de la época. Otros consideraron las virtudes de un espejo parabólico como primer receptor: se sabía desde la Antigüedad que un espejo así, podía llevar rayos paralelos a un único foco.

  Un segundo desarrollo teórico llegó en 1672, cuando Isaac Newton publicó su celebrado papel sobre la luz y el color. Newton demostró que la luz blanca es una mezcla de luces coloreadas de distinto grado de refracción (distintos colores). El resultado fue que cualquier lente curva podía descomponer la luz blanca en los colores del espectro, cada una yendo a focos distintos en el eje axial. Este efecto se conoce como aberración cromática. Newton había desarrollado su teoría de la luz varios años antes de la publicación de su libro, cuando volcó su mente a la mejora del telescopio. Entonces se decidió a probar un espejo, pero al contrario que sus predecesores, fue capaz de llevar la idea a la práctica. Colocó un espejo esférico en la parte baja de un tubo y recogió los rayos reflejados en un espejo secundario, que reflejaba la luz a una lente convexa colocada en un tubo exterior que hacía de ocular. Mandó un pequeño instrumento de muestra a la Royal Society, donde causó una gran sensación. Se trataba del primer telescopio de reflexión. Pero el esfuerzo acabó ahí. Otros intentaron lo mismo, pero los espejos se estropeaban cada pocos meses y había que cambiarlos o arreglarlos con el consiguiente riesgo para la curvatura.

Telescopio reflectante de Newton (1671)

El telescopio de reflexión, por tanto, quedó como una curiosidad durante décadas. En la segunda y tercera década del siglo XVIII, sin embargo, este telescopio se convirtió en realidad de manos de James Hadley. Se encontró que para relaciones de apertura muy grandes, la diferencia entre espejos esféricos o parabólicos era despreciable. En la segunda mitad de dicho siglo, de manos de James Short y William Herschel, nacieron los telescopios de espejos parabólicos.

Observatorio del tejado de Hevelius,(Machina Coelestis, 1673)

Telescopio de Galileo Galilei

La balanza hidrostática

La historia del famoso "Eureka" de Arquímedes era tan conocida en los días de Galileo como lo es hoy en día. Galileo, que era un gran admirador de Arquímedes y adoptó muchos de sus métodos, probablemente la leyó en una de las ediciones de Los diez libros de Arquitectura de Vitruviu, que era muy popular en la Europa renacentista. Supuestamente, fue en una bañera donde a Arquímedes se le ocurrió la solucion al problema que le había planteado el rey de Siracusa: ¿estaba hecha enteramente de oro una corona supuestamente de puro oro? El midió la cantidad de agua desplazada por la corona y por una cantidad igual de oro, y encontró que la corona desplazaba más agua. Su gravedad específica era por tanto menor que la del oro, y por tanto podía haber sido adulterada con otro material.

  Pesar metales preciosos en aire y después en agua era una práctica frecuente entre los joyeros de Europa. Galileo tenía algunas ideas para refinar la práctica, y a la edad de 22, escribió un pequeño tratado sobre ello, que tituló La Bilancetta, o "La pequeña balanza". Lo que Galileo describió era una balanza precisa para medir cosas en aire y agua.

El termómetro

Medir el calor se convirtió en un reto en el círculo de hombres sabios de Venecia, al cual Galileo pertenecía. La primera solución fue el termoscopio. Varios autores habían jugado con la idea de que el aire se expandía a medida que aumentaba el calor, y viceversa. Las primeras versiones, normalmente llamadas termoscopios, eran poco más que juguetes

Durante los siguientes años el termoscopio fue mejorado por Santorio Santorio, el amigo de Galileo, Gianfrancesco Sagredo (ambos en Venecia), Galileo y otros hasta incluir una escala numérica. La primera serie de observaciones metereológicas cuantitativas datan de este periodo. En otras partes de Europa, el inventor Cornelis Drebbel y Robert Fludd desarrollaron instrumentos similares. La simultaneidad de la invención del termómetro de aire ilustra la tendencia del siglo diecisiete hacia la cuantificación de los fenómenos naturales - una dimension esencial de la "matematización de la naturaleza".

  El termómetro de líquido dentro de cristal fue desarrollado en los 1630s. Cada científico tenía sus propias divisiones de escala, normalmente basadas en diferentes puntos de referencia. Era imposible, por tanto, comparar temperaturas en lugares diferentes. A principios del siglo XVII, se desarrollaron escalas universales de temperatura basadas en diversos puntos (el punto de fusión de acua, la temperatura corporal, la temperatura de una mezcla de hielo y agua, ...) por parte de Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736), Anders Celsius (1701-1744), y René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757). De estos, los dos primeros están todavía en uso, y el sistema de Celsius (extendido a ser la escala absoluta del siglo XIX) se ha convertido en una escala estándar en el ámbito científico.

La bomba de agua

Galileo era profesor en la Universidad de Padua en 1592. La ciudad de Padua estaba bajo el gobierno de Venecia desde hacía algún tiempo, y las autoridades en Venecia regulaban la universidad. Galileo rápidamente hizo amigos entre las personas importantes de Venecia y se convirtió en un visitante frecuente del famoso Arsenal, el puerto donde los barcos de Venecia eran equipados. El Arsenal había sido un lugar de invención práctica e innovación durante siglos. Galileo siempre había estado interesado en las cosas mecánicas, y en el Arsenal aprendió mucho sobre lo que llamamos tecnología, especialmente sobre la construcción de barcos (sus notas privadas y otros escritos muestran su interés en problemas de fortificación, aparatos mecánicos, el sector y otros aspectos de la tecnología). En 1594 el Senado de Venecia le premió por una patente por un sistema para elevar agua por medio de un caballo. El texto de la misma dice así:

Que por la autoridad de este Consejo se le garantiza al Sr. Galileo Galilei que por el espacio de los próximos veinte años no se permite a otros, excepto a él o sus agentes, en esta ciudad o en cualquier lugar de nuestro estado, hacer, haber hecho, o, si se hace el otro sitio, usar el sistema inventado por él para elevar agua, por el cual, por medio del movimiento de un caballo, se puede tener corriendo veinte cubos de agua; bajo pena de perder los aparatos, y 300 ducados, un tercio de los cuales serán para el acusado, un tercio para el magistrado que lleve la sentencia, y un tercio para nuestro Arsenal; estando el interesado obligado, sin embargo, a dar a conocer su nuevo tipo de instrumento en el plazo de un año, y que no haya sido inventado por otros, y que no se haya establecido una patente sobre el mismo instrumento a otros, en cuyo caso esta garantía perderá su valor.

Hay especulaciones sobre si la invención de Galileo era una mejora de un invento de Arquímedes, que fue patentado en la república de Venecia en 1567. En el Museo de Historia de la Ciencia de Florencia hay un modelo de bomba atribuido a Galileo. Este modelo data de la segunda mitad del siglo dieciocho (es decir, más de un siglo después de la muerte de Galileo), y muestra cuatro bombas - no como las de Arquímedes - movidas por dos caballos que rotan en un aparato muy excéntrico. Parece tener cierta relación con el sistema patentado por Galileo en 1594.

A pesar de que con el tiempo los trabajos de Galileo fueron más "filosóficos", nunca perdió su interés en los aparatos tecnológicos y la tecnología en general

El sector

A medida que el cañón (introducido en 1325) se hizo más sofisticado y transportable, se desarrollaron instrumentos para ayudar al "disparador". Para medir la elevación del cañón, se introdujo un compás en el siglo XVI. Consistía en dos brazos en ángulo recto, y una escala circular entre ellos, donde una línea indicaba las elevaciones (ver figura 1). Otros instrumentos matemáticos desarrollados durante esta época eran los compases, o divisores, que tenían varias escalas útiles en sus brazos. Galileo combinó estos dos tipos de instrumentos, diseñando un compás proporcional o sector que tenía muchas escalas útiles grabadas en sus brazos y podía usarse para una gran variedad de propósitos, incluyendo el armamento (ver fig. 2 y 3).

Figura 1

Muchos de los estudiantes de Galileo eran miembros de la nobleza europea que necesitaban aprender una variedad de asignaturas prácticas además de las más tradicionales. A estos estudiantes, muchos de los cuales vivían en su casa, enseñó fortificación, cosmografía, y el uso del sector. Galileo escribió un manual de instrucciones para su sector y en 1598 instaló en su casa a un fabricante de instrumentos, Marcantonio Mazzoleni, para producir el sector. Sus estudiantes ahora compraban sus propios sectores, junto con los manuales, de Galileo y recibían sus enseñanzas privadas sobre la materia.

No es probable que Galileo hiciera mucho dinero de estas ventas, pero ilustra su responsabilidad financiera al ser el hombre mayor de su familia.

Figura 3

La labor de investigación de Galileo queda reflejada en sus experimentos, que revolucionaron los principios científicos de la época . A continuación se muestran tres de sus experimentos más famosos:

Movimiento de proyectiles

En la teoría de Aristóteles del movimiento, los proyectiles eran empujados por una fuerza externa que se transmitía por el aire. Sus sucesores medievales hicieron interna esta fuerza y le llamaron "impetus". El impetus causaba que el objeto se moviera en una línea recta hasta que se gastaba, punto en el que el punto caía directamente al suelo en línea recta. Mientras que objetos lanzados a pequeñas distancias parecían comportarse de esta manera, bajo una inspección más severa y cuando los proyectiles viajaban distancias mayores, quedaba claro que no se comportaban así.

  Durante el Renacimiento, el foco de atención, especialmente en arte, era representar el mundo real de la forma más precisa posible en una superficie de dos dimensiones como marmol o granito. Esto requería dos cosas. La primera era nuevos métodos de dibujo, por ejemplo, la perspectiva. La segunda era una observación muy cuidadosa.

Con la extensión del cañón, el estudio del movimiento de los proyectiles había cobrado una gran importancia, y ahora, con una observación más cuidada y una representación más exacta, se dieron cuenta de que los proyectiles no se movían tal y como Aristóteles y sus seguidores habían dicho: el camino del proyectil no consistía en dos lineas rectas consecutivas sino en una curva suave.

  Ahora hacía falta que alguien desarrollara un método para determinar si era una curva especial la que seguían los proyectiles. Pero medir la trayectoria de un proyectil no era fácil.

  Usando un plano inclinado, Galileo había desarrollado experimentos sobre movimiento uniformemente acelerado, y usó el mismo aparato para estudiar el movimiento de un proyectil. Colocó un plano inclinado en una mesa y colocó una pieza curva en la parte inferior que enviaba a una pelota de bronce manchada de tinta en dirección horizontal. La pelota así acelerada rodaba por la mesa con movimiento uniforme y entonces caía por el extremo de la mesa, golpeando el suelo y dejando una pequeña marca de tinta. La marca permitía medir las distancias horizontales y verticales recorridas.

  Variando la velocidad horizontal de la pelota y la caída vertical, Galileo pudo determinar que la trayectoria de un proyectil es parabólica.

Plano inclinado

Usando equipamiento que hoy llamaríamos simple o incluso rudimentario, Galileo revolucionó los principios básicos de la ciencia que habían sido enunciados por Aristóteles y mantenidos firmemente por los estudiosos durante la Edad Media y el Renacimiento.

  En uno de sus experimentos más importantes, el plano inclinado, Galileo usó un simple tablero por el que rodaba una pequeña pelota de metal. Así pudo examinar las ideas de Aristóteles sobre movimiento. El experimento del plano inclinado de Galileo cambió radicalmente estas ideas al introducir el concepto de aceleración, un estado de movimiento ignorado por Aristóteles y la mayoría de sus seguidores.

Experimentos con péndulos

Galileo usaba muchos péndulos para sus experimentos. Pronto en su carrera, investigó las característica de su movimiento. Después de estudiar su comportamiento, fue capaz de usarlos para medir el tiempo en experimentos posteriores.

  Los péndulos son mencionados principalmente en dos obras de Galileo. En ellas, Galileo discute sobre los principales puntos que descubre sobre los péndulos. Estos se pueden resumir en los siguientes:

Los péndulos vuelven a casi la altura desde la que se soltaron.

Galileo observó que los extremos de los péndulos vuelven hasta casi la altura desde la que fueron elevados. Hoy este hecho demuestra la conservación de la energía, un principio que todavía no se había descubierto en la época de Galileo.

Todos los péndulos acaban por pararse, haciéndolo antes los más ligeros.

El periodo es independiente del peso del péndulo.

El periodo es independiente de la amplitud.

El cuadrado del periodo es proporcional a la longitud.

GALILEO GALILEI

Galileo nació en Pisa en 1564, hijo de Vincezo Galilei, con grandes estudios en música, y Giulia Ammannati. Estudió en Pisa, donde más tarde, ostentaría la cátedra de matemáticas desde 1589 hasta 1592. Cuando fue nombrado catedrático de matemáticas en la Universidad de Padua, en donde permaneció hasta 1610. Durante esos años llevó a cabo estudios y experimentos de mecánica. Además construyó un termoscopio. También diseñó y fabricó un compás para uso geométrico y militar, con su propio manual de instrucciones.

  En 1594 obtuvo la patenete para máquinas elevadoras de agua. Inventó el microscopio y construyó un telescopio, con el que hizo observaciones celestes, siendo la más destacada, el descubrimiento de los satélites de Júpiter. En 1610 fue nominado al matemático más destacado de la Universidad de Pisa, y recibió el título Grand Duke de Tuscany en matemáticas.

  Estudió Saturno y observó las fases de Venus. En 1611 se mudó a Roma. Lo nombraron miembro de la Academia dei Lincei, y se dedicó a la observación de las manchas solares. En 1612 empezó a encontrar seria oposición a su teoría sobre el movimiento de la Tierra, que intentaba explicar después de Copérnico. En 1614, el padre Tommaso Caccini denunció las opiniones de Galileo sobre el movimiento de la Tierra desde el púlpito de Santa María Novella, juzgándolas de erróneas. Galileo se defendió en Roma de las cargas que habían hecho contra él, pero en 1616, fue amonestado por el Cardenal Bellarmino quien dijo que no debería defender la astronomía Copernicana porque iba en contra de la doctrina de la Iglesia.

  En 1622, Galileo escribió Saggiatore (El Ensayador), que fue aprobado y publicado el año siguiente. En octubre del año 1630 fue llamado por el Santo Oficio a Roma. El tribunal aprobó una sentencia condenatoria y lo condenó a retractarse solemnemente de su teoría. Lo mandaron al exilio a Siena y finalmente, en diciembre de 1633, se le permitió retirarse a su casa de Acetri (el Gioiello). Su salud fue decayendo: en 1638 estaba completamente ciego, y se vio privado de su hija, la hermana Maria Celeste, quien murió en 1634.

Galileo Galilei murió en Arcetri el 8 de Enero de 1642, a la edad de 77 años.

En el campo de la astronomía, hemos analizado las observaciones que llevó a cabo Galileo de la Luna y de los satélites de Júpiter tal y como se describe en su libro Sidereus Nuncius, de las manchas solares tal y como se explica en sus Cartas sobre las manchas solares, de Venus como se describe en una carta a Benedetto Castelli, y de Saturno tal y como anunció en otra carta.

-La controversia sobre las manchas solares comenzó a principios del siglo XVII, poco después del descubrimiento del telescopio. En aquella época, la cosmología Aristotélica veía los cielos como perfectos e inmutables, y cada objeto planetario era una esfera perfecta. Galileo desarrolló un estudio sobre las manchas solares y produjo una excelente cronología de su movimiento

En 1612, durante los meses de verano, Galileo realizó una serie de observaciones que se publicaron en Istoria e Dimostrazioni Intorno Alle Macchie Solari e Loro Accidenti Rome (Historia y Demostraciones De Manchas Solares y sus Propiedades, publicado en 1613). Dado que las observaciones fueron realizadas aproximadamente en el mismo momento del día, el movimiento de las manchas sobre el Sol puede verse fácilmente.

  Para ilustrar esto, hemos colocado treinta y seis de los dibujos de Galileo uno a continuación de otro para producir una animación que puede verse en dos velocidades. La velocidad más lenta ofrece la oportunidad de estudiar más atentamente los dibujos de Galileo, mientras que la rápida demuestra mejor el movimiento de las manchas solares. Estas imágenes han sido tomadas de la copia de la primera edición de Istoria e Dimostrazioni.

Dibujos de las manchas solares

Estas son las imágenes por separado de las observaciones de las manchas solares que realizó Galileo.

Actualmente se sabe que las manchas solares son el resultado de zonas más frías de la fotosfera del Sol creadas por grandes corrientes de flujo magnético que la atraviesan.

-Según la visión del universo de Aristóteles, todas las cosas giran en torno a la Tierra. Por tanto, sólo puede existir un centro de rotación. Desafortunadamente, Galileo descubrió varios problemas a esta afirmación. Júpiter, por sí solo, tenía cuatro objetos girando a su alrededor, y estos cuatro objetos, por tanto, no tenían un centro de rotación en torno a la Tierra. O Aristóteles o Galileo debían estar equivocados, y Galileo no iba a abandonar su búsqueda por la verdad.

Observaciones de Galileo

-Galileo puso sus observaciones de las lunas de Júpiter en su libro Siderius Nuncius. Estudió Júpiter a lo largo de un mes y fue capaz de mostrar el movimiento de los satélites en torno a

Júpiter.

En la figura se muestra una de sus observaciones tal y como aparece en Siderius Nuncius.

-Hasta que Galileo comenzó a estudiar la Luna y Venus, no tenía una evidencia concreta para apoyar el Sistema de Copérnico.

  Venus proporcionó esa prueba, al menos a los ojos de Galileo. Después de observar el planeta varias veces, Galileo comenzó a ver ligeros cambios en iluminación. Pronto se dio cuenta de que Venus, al igual que la Luna, estaba cambiando de fase. Venus experimentaba periodos equivalentes a Luna llena, Luna nueva, y todos los estados intermedios.

  Para Galileo, esto era la prueba de que la Tierra debía girar, junto con los otros planetas, alrededor del Sol. Los escépticos argumentaron que esto no era necesariamente así, sino que se conseguía el mismo efecto con tal de mantener un punto de vista geocéntrico. Esto se conseguía teniendo a Venus orbitando en torno al Sol, y al Sol orbitando en torno a la Tierra. Aunque esto parece absurdo hoy en día, los seguidores de la Iglesia y Aristóteles encontraron esta explicación suficiente.

-Saturno ha sido por mucho tiempo el favorito de los astrónomos debido a sus anillos. A comienzos de 1600, sin embargo, Saturno era todo un misterio.

  El primer intento de Galileo de observar Saturno le llevó a la creencia de que Saturno era en realidad un conglomerado de tres planetas. Uno grande central con dos cuerpos laterales más pequeños. No fue hasta varios años después cuando Galileo se dio cuenta de que Saturno estaba en realidad rodeado por anillos, no por planetas

  Galileo se enfrentó a dos problemas principales al observar Saturno. El más importante es la distancia y el brillo de Saturno: Saturno está muy lejos y es de un color muy suave, lo que hace muy complicada su observación.

Para realizar todos los experimentos que llevó a cabo en su labor de científico, Galileo uso diversos instrumentos. A continuación se muestra una descripción de cada uno de ellos.

El telescopio

En seguida fue el prototipo de los instrumentos de la ciencia moderna. Pero el telescopio no fue un invento de un científico, sino de un artesano. Por esta razón, no se conoce bien su origen, ni su artesano inventor, creándose una larga literatura al respecto, que ha hecho invisible a la Historia dicho nombre.

  Aunque la cualidad de aumentar o disminuir de los objetos transparentes cóncavos y convexos ya se conocía en la Antigüedad, las lentes, tal y como hoy las conocemos, aparecieron en el Oeste allá por finales del siglo XIII. Los cristales de calidad razonable y relativamente baratos nacen en los grandes centros de cristal de Venecia y Florencia, que alcanzan un gran nivel de desarrollo. Con los años, la vista pierde progresividad y capacidad para acomodarse a las distintas distancias. La presbicia, se hace más notable sobre los cuarenta años, cuando no se puede enfocar a una distancia confortable para el ojo. En el siglo XIII se hacen muy comunes unas gafas, aunque son muy molestas, especialmente para la escritura. Un artesano veneciano empezó a crear pequeños discos de cristal, convexos por las dos caras, que se podían poner en el mismo plano.

El buhonero, por Stradanus, 1582

Estos anteojos eran pues, gafas de lectura. Cuando uno tenía problemas de lectura, iba a la tienda de anteojos y encontraba un par adecuado a base de prueba y error. Eran gafas para la gente mayor. Pero a mediados del siglo XV ya se fabricaron los primeros anteojos para compensar la miopía. En esta época, ya estaban pues, todos los ingredientes para la construcción de un telescopio. Su efecto se puede conseguir por la combinación de varios cristales y espejos cóncavos y convexos. Con lo que no se sabe exactamente por qué no se inventó en aquel siglo.

  En la literatura de la magia blanca, tan popular en el siglo XVI, había varias referencias a dispositivos que permitían ver al enemigo a gran distancia. Pero en cualquier caso se mezclaban con literatura fantástica y no se daba una descripción exacta de dicho aparato. Es posible, que en 1570 Leonard y Thomas Digges, en Inglaterra, crearan un instrumento de lentes y espejos convexos, pero en cualquier caso no pasó de ser un aparato de laboratorio, totalmente experimental y sin construcción en masa.

  El telescopio se estrenó en los Países Bajos. En Octubre de 1608, Hans Lipperhey y Jacob Metius presentaron un aparato para ver las cosas lejanas como si estuvieran cerca. Consistía en lentes cóncavas y convexas dentro de un tubo, cuya combinación permitía tres o cuatro aumentos. Se consideró que era muy fácil de copiar la patente, con lo que se le dio un premio a Metius y se contrató a Lipperhey para que fabricara varios más en su versión binocular.

La ilustración más antigua conocida de un telescopio
Giovanpattista della Porta incluyo este dibujo en una carta escrita en Agosto de 1609

Las noticias de este nuevo invento se extendieron rápidamente por toda Europa, y el aparato en sí las siguió. En Abril de 1609, ya se podían comprar en una tienda de lentes en París, con una capacidad de tres aumentos. Pocos meses después llegaron a Italia. Se sabe que Thomas Harriot observó la Luna con un telescopio de seis aumentos en Agosto de 1609, pero fue Galileo quien hizo famoso este invento. Construyó su primer catalejo de tres aumentos en Junio o Julio de 1609, presentando el de ocho al Senado veneciano en Agosto. Y en Octubre o Noviembre ya observaba los cielos con uno de veinte aumentos. Con este instrumento observó la Luna y descubrió cuatro satélites en Júpiter. Publicó Sidereus Nuncius en Marzo de 1610.

Telescopios de Galileo

Verificar los descubrimientos de Galileo fue inicialmente muy difícil. En la primavera de 1610, nadie tenía telescopios de suficiente calidad y potencia para ver los satélites de Júpiter, aunque muchos sí tenían aparatos más débiles con los que observaron otros detalles descritos por Galileo, en este caso en la Luna. Los demás astrónomos necesitaron seis meses para poder ver las lunas de Júpiter. Con la verificación de las fases de Venus, por otros astrónomos, la primera mitad de 1611, el liderazgo de Galileo en la fabricación de telescopios se desvaneció un poco. El siguiente descubrimiento, las manchas solares, fue realizada por varios observadores, incluido Galileo, de forma independiente.

  Un telescopio típico de Galileo con el que se podían ver las lunas de Júpiter, se describió de la siguiente manera: Tiene un objetivo plano-convexo (la lente hacia el objeto) con una distancia focal entre 75 y 100 cm., y un visor plano-cóncavo con una distancia focal de unos cinco centímetros. El visor está en un pequeño tubo que puede ajustarse para el enfoque. La ampliación del instrumento era de unos 15 a 20 aumentos. Los cristales estaban llenos de pequeñas burbujas y tenían una tonalidad verde (debido al contenido de hierro en el cristal). La forma de las lentes era razonablemente gordas en el centro, y delgadas en la periferia. La gran limitación de estos instrumentos era el campo de visión que sólo permitía ver una cuarta parte de la Luna. Durante las siguientes décadas se mejoró la tecnología de las lentes.

  Como hemos mencionado antes, el efecto del telescopio se puede conseguir con distintas combinaciones de lentes y espejos. En 1611, Johanes Kepler demostró que el mismo efecto se puede obtener con un objetivo convexo y un visor convexo. Conseguía una imagen mayor pero invertida, con lo que añadiendo una tercera lente convexa, se podía enderezar de nuevo la imagen. De todas formas no se extendió mucho su uso entre los astrónomos hasta la publicación de un libro por parte de Christoph Scheiner, quien extendió su uso en 1630. En su estudio sobre las manchas solares, experimentó con telescopios de lentes convexas. Cuando vio a través del telescopio, se encotró con que a pesar de tener la imagen invertida, era más brillante y su campo de visión mucho mayor que con el telescopio de Galileo. En tanto que la inversión de la imagen no tiene importancia en la observación del Espacio, este telescopio tuvo una aceptación general a mediados del siglo.

  El telescopio de Galileo se podía usar para observaciones terrestres o celestes indistintamente. Mientras que los astrónomos preferían el otro telescopio para observaciones de los astros. Los astrónomos evitaban el telescopio de tres lentes convexas, pues a más lentes, se multiplicaban los defectos ópticos de las lentes. Lo cual obligó a una reinvención de la imagen. Por otra parte, en la segunda mitad del siglo XVII el telescopio de Galileo se sustituyó por el telescopio terrestre, de cuatro lentes convexas: objetivo, visor, enderezador de imagen y lente de campo (que ampliaba el campo de visión).

  Con la aceptación del telescopio de astronomía, el limite de amplificación causado por el pequeño campo de visión del telescopio de Galileo llevó a una carrera de telescopios por desarrollar uno mejor. Debido a los defectos ópticos, la curvatura de las lentes debía minimizarse, y dado que la amplificación viene dada por el radio de las lentes del objetivo y del visor, el aumento de la amplificación debía conseguirse aumentando la distancia focal del objetivo. A principios de los años 1640, la longitud del telescopio comenzó a aumentar. Del típico telescopio de Galileo, que medía algo más de metro y medio, los telescopios de astronomía pasaron a medir entre 4, 5 y 6 metros, a mediados de siglo. Uno de estos sería por ejemplo de los fabricados por Christian Huygens, en 1656, el cual medía 7 metros de largo y conseguía un aumento de 100 veces.

  Pero estos telescopios de mayor amplificación, tenían todavía más restringido el campo de visión. Por ello mismo, las lentes de campo de visión recuperan auge. Añadiendo una tercera lente convexa de longitud focal adecuada y colocándola en el sitio apropiado, se incrementa considerablemente el campo de visión, permitiendo mayores amplificaciones. La carrera de los telescopios renace considerablemente de nuevo, con un aumento mayor de su longitud. Aproximadamente en 1670, Johannes Hevelius fabricó un telescopio de 42 metros.

Telescopios de 60 y 140 pies de Hevelius (Machina Coelestis, 1673)

Pero tan enormes telescopios eran poco útiles en observación: era casi imposible mantener las lentes alineadas y cualquier viento podía hacer moverse al telescopio. Después de 1675, abandonaron los telescopios de tubo. El objetivo pasó a ser construirlos en un edificio y por medio de poleas y cadenas apuntar, siguiendo la teoría de prueba y error. La pieza ocular (lente de campo de visión y el ocular) se montó sobre un pequeño puesto donde se recibía la imagen del objetivo. Estos telescopios se llamaron "telescopios aéreos".

Telescopio aéreo (Christiaan Huygensm Astroscopium Compendiaria,1684)

Aunque se realizaron algunos descubrimientos con estos telescopios, estos instrumentos habían sobrepasado sus límites. A principios del siglo XVIII rara vez se montó ningún otro de estos telescopios. El nuevo incremento de la potencia llegó a principios de los 1730 de la mano de un nuevo telescopio, el telescopio de reflexión.

  En tanto que se conoció que el efecto del telescopio se podía lograr usando varias combinaciones de lentes y espejos, numerosos científicos especularon sobre las posibilidades de combinarlos. Muchas de esas especulaciones redundaron en el refinamiento del estudio teórico del telescopio. En uno de los apéndices de su "Discurso del Método"(1637), René Descartes apuntaba el problema de la aberración esférica, ya nombrada por otros autores. En una fina lente esférica, no todos los rayos incidentes desde el infinito (paralelos al eje axial) se unen en un punto. Algunos de ellos cruzan el eje axial más cerca de la parte trasera de la lente. La ley de Snell le permitió a Descartes cuantificar la aberración esférica. Y observó que para eliminar dicha aberración, la curvatura de las lentes debía ser plano-hiperbólica o esférico-elipsoidal. Su demostración condujo a muchos a intentar crear un objetivo plano-hiperbólico, un esfuerzo condenado al fracaso por la tecnología en cristales de la época. Otros consideraron las virtudes de un espejo parabólico como primer receptor: se sabía desde la Antigüedad que un espejo así, podía llevar rayos paralelos a un único foco.

  Un segundo desarrollo teórico llegó en 1672, cuando Isaac Newton publicó su celebrado papel sobre la luz y el color. Newton demostró que la luz blanca es una mezcla de luces coloreadas de distinto grado de refracción (distintos colores). El resultado fue que cualquier lente curva podía descomponer la luz blanca en los colores del espectro, cada una yendo a focos distintos en el eje axial. Este efecto se conoce como aberración cromática. Newton había desarrollado su teoría de la luz varios años antes de la publicación de su libro, cuando volcó su mente a la mejora del telescopio. Entonces se decidió a probar un espejo, pero al contrario que sus predecesores, fue capaz de llevar la idea a la práctica. Colocó un espejo esférico en la parte baja de un tubo y recogió los rayos reflejados en un espejo secundario, que reflejaba la luz a una lente convexa colocada en un tubo exterior que hacía de ocular. Mandó un pequeño instrumento de muestra a la Royal Society, donde causó una gran sensación. Se trataba del primer telescopio de reflexión. Pero el esfuerzo acabó ahí. Otros intentaron lo mismo, pero los espejos se estropeaban cada pocos meses y había que cambiarlos o arreglarlos con el consiguiente riesgo para la curvatura.

Telescopio reflectante de Newton (1671)

El telescopio de reflexión, por tanto, quedó como una curiosidad durante décadas. En la segunda y tercera década del siglo XVIII, sin embargo, este telescopio se convirtió en realidad de manos de James Hadley. Se encontró que para relaciones de apertura muy grandes, la diferencia entre espejos esféricos o parabólicos era despreciable. En la segunda mitad de dicho siglo, de manos de James Short y William Herschel, nacieron los telescopios de espejos parabólicos.

Observatorio del tejado de Hevelius,(Machina Coelestis, 1673)

Telescopio de Galileo Galilei

La balanza hidrostática

La historia del famoso "Eureka" de Arquímedes era tan conocida en los días de Galileo como lo es hoy en día. Galileo, que era un gran admirador de Arquímedes y adoptó muchos de sus métodos, probablemente la leyó en una de las ediciones de Los diez libros de Arquitectura de Vitruviu, que era muy popular en la Europa renacentista. Supuestamente, fue en una bañera donde a Arquímedes se le ocurrió la solucion al problema que le había planteado el rey de Siracusa: ¿estaba hecha enteramente de oro una corona supuestamente de puro oro? El midió la cantidad de agua desplazada por la corona y por una cantidad igual de oro, y encontró que la corona desplazaba más agua. Su gravedad específica era por tanto menor que la del oro, y por tanto podía haber sido adulterada con otro material.

  Pesar metales preciosos en aire y después en agua era una práctica frecuente entre los joyeros de Europa. Galileo tenía algunas ideas para refinar la práctica, y a la edad de 22, escribió un pequeño tratado sobre ello, que tituló La Bilancetta, o "La pequeña balanza". Lo que Galileo describió era una balanza precisa para medir cosas en aire y agua.

El termómetro

Medir el calor se convirtió en un reto en el círculo de hombres sabios de Venecia, al cual Galileo pertenecía. La primera solución fue el termoscopio. Varios autores habían jugado con la idea de que el aire se expandía a medida que aumentaba el calor, y viceversa. Las primeras versiones, normalmente llamadas termoscopios, eran poco más que juguetes

Durante los siguientes años el termoscopio fue mejorado por Santorio Santorio, el amigo de Galileo, Gianfrancesco Sagredo (ambos en Venecia), Galileo y otros hasta incluir una escala numérica. La primera serie de observaciones metereológicas cuantitativas datan de este periodo. En otras partes de Europa, el inventor Cornelis Drebbel y Robert Fludd desarrollaron instrumentos similares. La simultaneidad de la invención del termómetro de aire ilustra la tendencia del siglo diecisiete hacia la cuantificación de los fenómenos naturales - una dimension esencial de la "matematización de la naturaleza".

  El termómetro de líquido dentro de cristal fue desarrollado en los 1630s. Cada científico tenía sus propias divisiones de escala, normalmente basadas en diferentes puntos de referencia. Era imposible, por tanto, comparar temperaturas en lugares diferentes. A principios del siglo XVII, se desarrollaron escalas universales de temperatura basadas en diversos puntos (el punto de fusión de acua, la temperatura corporal, la temperatura de una mezcla de hielo y agua, ...) por parte de Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736), Anders Celsius (1701-1744), y René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757). De estos, los dos primeros están todavía en uso, y el sistema de Celsius (extendido a ser la escala absoluta del siglo XIX) se ha convertido en una escala estándar en el ámbito científico.

La bomba de agua

Galileo era profesor en la Universidad de Padua en 1592. La ciudad de Padua estaba bajo el gobierno de Venecia desde hacía algún tiempo, y las autoridades en Venecia regulaban la universidad. Galileo rápidamente hizo amigos entre las personas importantes de Venecia y se convirtió en un visitante frecuente del famoso Arsenal, el puerto donde los barcos de Venecia eran equipados. El Arsenal había sido un lugar de invención práctica e innovación durante siglos. Galileo siempre había estado interesado en las cosas mecánicas, y en el Arsenal aprendió mucho sobre lo que llamamos tecnología, especialmente sobre la construcción de barcos (sus notas privadas y otros escritos muestran su interés en problemas de fortificación, aparatos mecánicos, el sector y otros aspectos de la tecnología). En 1594 el Senado de Venecia le premió por una patente por un sistema para elevar agua por medio de un caballo. El texto de la misma dice así:

Que por la autoridad de este Consejo se le garantiza al Sr. Galileo Galilei que por el espacio de los próximos veinte años no se permite a otros, excepto a él o sus agentes, en esta ciudad o en cualquier lugar de nuestro estado, hacer, haber hecho, o, si se hace el otro sitio, usar el sistema inventado por él para elevar agua, por el cual, por medio del movimiento de un caballo, se puede tener corriendo veinte cubos de agua; bajo pena de perder los aparatos, y 300 ducados, un tercio de los cuales serán para el acusado, un tercio para el magistrado que lleve la sentencia, y un tercio para nuestro Arsenal; estando el interesado obligado, sin embargo, a dar a conocer su nuevo tipo de instrumento en el plazo de un año, y que no haya sido inventado por otros, y que no se haya establecido una patente sobre el mismo instrumento a otros, en cuyo caso esta garantía perderá su valor.

Hay especulaciones sobre si la invención de Galileo era una mejora de un invento de Arquímedes, que fue patentado en la república de Venecia en 1567. En el Museo de Historia de la Ciencia de Florencia hay un modelo de bomba atribuido a Galileo. Este modelo data de la segunda mitad del siglo dieciocho (es decir, más de un siglo después de la muerte de Galileo), y muestra cuatro bombas - no como las de Arquímedes - movidas por dos caballos que rotan en un aparato muy excéntrico. Parece tener cierta relación con el sistema patentado por Galileo en 1594.

A pesar de que con el tiempo los trabajos de Galileo fueron más "filosóficos", nunca perdió su interés en los aparatos tecnológicos y la tecnología en general

El sector

A medida que el cañón (introducido en 1325) se hizo más sofisticado y transportable, se desarrollaron instrumentos para ayudar al "disparador". Para medir la elevación del cañón, se introdujo un compás en el siglo XVI. Consistía en dos brazos en ángulo recto, y una escala circular entre ellos, donde una línea indicaba las elevaciones (ver figura 1). Otros instrumentos matemáticos desarrollados durante esta época eran los compases, o divisores, que tenían varias escalas útiles en sus brazos. Galileo combinó estos dos tipos de instrumentos, diseñando un compás proporcional o sector que tenía muchas escalas útiles grabadas en sus brazos y podía usarse para una gran variedad de propósitos, incluyendo el armamento (ver fig. 2 y 3).

Figura 1

Muchos de los estudiantes de Galileo eran miembros de la nobleza europea que necesitaban aprender una variedad de asignaturas prácticas además de las más tradicionales. A estos estudiantes, muchos de los cuales vivían en su casa, enseñó fortificación, cosmografía, y el uso del sector. Galileo escribió un manual de instrucciones para su sector y en 1598 instaló en su casa a un fabricante de instrumentos, Marcantonio Mazzoleni, para producir el sector. Sus estudiantes ahora compraban sus propios sectores, junto con los manuales, de Galileo y recibían sus enseñanzas privadas sobre la materia.

No es probable que Galileo hiciera mucho dinero de estas ventas, pero ilustra su responsabilidad financiera al ser el hombre mayor de su familia.

Figura 3

La labor de investigación de Galileo queda reflejada en sus experimentos, que revolucionaron los principios científicos de la época . A continuación se muestran tres de sus experimentos más famosos:

Movimiento de proyectiles

En la teoría de Aristóteles del movimiento, los proyectiles eran empujados por una fuerza externa que se transmitía por el aire. Sus sucesores medievales hicieron interna esta fuerza y le llamaron "impetus". El impetus causaba que el objeto se moviera en una línea recta hasta que se gastaba, punto en el que el punto caía directamente al suelo en línea recta. Mientras que objetos lanzados a pequeñas distancias parecían comportarse de esta manera, bajo una inspección más severa y cuando los proyectiles viajaban distancias mayores, quedaba claro que no se comportaban así.

  Durante el Renacimiento, el foco de atención, especialmente en arte, era representar el mundo real de la forma más precisa posible en una superficie de dos dimensiones como marmol o granito. Esto requería dos cosas. La primera era nuevos métodos de dibujo, por ejemplo, la perspectiva. La segunda era una observación muy cuidadosa.

Con la extensión del cañón, el estudio del movimiento de los proyectiles había cobrado una gran importancia, y ahora, con una observación más cuidada y una representación más exacta, se dieron cuenta de que los proyectiles no se movían tal y como Aristóteles y sus seguidores habían dicho: el camino del proyectil no consistía en dos lineas rectas consecutivas sino en una curva suave.

  Ahora hacía falta que alguien desarrollara un método para determinar si era una curva especial la que seguían los proyectiles. Pero medir la trayectoria de un proyectil no era fácil.

  Usando un plano inclinado, Galileo había desarrollado experimentos sobre movimiento uniformemente acelerado, y usó el mismo aparato para estudiar el movimiento de un proyectil. Colocó un plano inclinado en una mesa y colocó una pieza curva en la parte inferior que enviaba a una pelota de bronce manchada de tinta en dirección horizontal. La pelota así acelerada rodaba por la mesa con movimiento uniforme y entonces caía por el extremo de la mesa, golpeando el suelo y dejando una pequeña marca de tinta. La marca permitía medir las distancias horizontales y verticales recorridas.

  Variando la velocidad horizontal de la pelota y la caída vertical, Galileo pudo determinar que la trayectoria de un proyectil es parabólica.

Plano inclinado

Usando equipamiento que hoy llamaríamos simple o incluso rudimentario, Galileo revolucionó los principios básicos de la ciencia que habían sido enunciados por Aristóteles y mantenidos firmemente por los estudiosos durante la Edad Media y el Renacimiento.

  En uno de sus experimentos más importantes, el plano inclinado, Galileo usó un simple tablero por el que rodaba una pequeña pelota de metal. Así pudo examinar las ideas de Aristóteles sobre movimiento. El experimento del plano inclinado de Galileo cambió radicalmente estas ideas al introducir el concepto de aceleración, un estado de movimiento ignorado por Aristóteles y la mayoría de sus seguidores.

Experimentos con péndulos

Galileo usaba muchos péndulos para sus experimentos. Pronto en su carrera, investigó las característica de su movimiento. Después de estudiar su comportamiento, fue capaz de usarlos para medir el tiempo en experimentos posteriores.

  Los péndulos son mencionados principalmente en dos obras de Galileo. En ellas, Galileo discute sobre los principales puntos que descubre sobre los péndulos. Estos se pueden resumir en los siguientes:

Los péndulos vuelven a casi la altura desde la que se soltaron.

Galileo observó que los extremos de los péndulos vuelven hasta casi la altura desde la que fueron elevados. Hoy este hecho demuestra la conservación de la energía, un principio que todavía no se había descubierto en la época de Galileo.

Todos los péndulos acaban por pararse, haciéndolo antes los más ligeros.

El periodo es independiente del peso del péndulo.

El periodo es independiente de la amplitud.

El cuadrado del periodo es proporcional a la longitud.