Galileos skråplan og frie fald

Hvor sande var Galileos påstande i forhold til hans samtid?

Galileo Galilei

Galileo Galilei var en italiensk fysiker, filosof og matematikker. Han spillede en vigtig rolle i forbindelse med den videnskabelige revolution, og betragtes som faderen til den moderne naturvidenskab.

Galileos påstand om inertiens.
I en af sine påstande siger Galileo:  Et legeme beholder sin hastighed i størrelse og retning med mindre "noget" udefra påvirker legemet.
Denne påstand var en variation fra det tidligere synspunkt, som lød: Hvis et legeme bevæger sig, da er det, fordi der er en "kraft", der driver legemet fremad. Hvis der ingen kraft er, går legemet i stå, det mister sin impetus.

I den moderne fysik ved vi, at hvis ikke et legeme påvirkes af en kræft, mens legemet er i bevægelse, vil bevægelsen aldrig stoppe. Hvilket bekræfter Galileos påstand. Som eksempel kan vi forstille os, vi sidder i et tog og kaster en genstand lige op i luften. Genstanden vil lande i hånden igen, når den falder ned, selvom toget har bevæget sig i perioden hvor genstanden har været i luften. Dette er fordi genstanden har bevæget sig med samme hastighed som toget, mens den var i luften, og den har altså ikke mistet sin hastighed fordi den har været upåvirket af kræfter. Hvis på den anden side toget bremser mens genstanden er i luften, vil genstanden fortsætte fremmad upåvirket, mens du vil miste din hastighed.

Denne påstand er senere blevet videreudviklet af Isaac Newton, og er kendt som Newtons første lov.

Det skrå plan og det frie fald

En anden ting Galileo var frontløber for, var forskningen inden for tyngdeaccelerationen.

En anden påstand i Galileos tid var, at et legme der vejer dobbelt så meget som et andet, vil det tunge falde dobbelt så hurtigt. Dette ville Galileo modbevise, for han kunne tænke sig til, at legemer ville falde lige hurtigt, hvis man ikke havde nogen modstandskræfter, som for eksempel luftmodstand.

Galileo opsatte derfor en rampe, som skulle simulerer faldet af genstand. Rampens længde var fem gange så lang som rampens højde. Denne rampe er i dag blevet kendt som det skråplan. Ved simulering af et fald på 1 meter og et skråplan med en bundlængde på 5 meter, ville accelerationen blive en femtedel af tyngdeaccelerationen. Galileo udledte ved sin forsøg en formel der lydder s = ½ g*t² Hvilket i dag er den ligning vi bruger til at beregne vejlængder (s = ½ a*t²).

Galileo fandt med sine forsøg ud af, at boldens acceleration var på 2 meter pr. sekund². Hvis dette ganges med 5, får vi et resultat der lyder på 10 meter pr. sekund².  I forhold til de måleredskaber Galileo havde tilgængelige er dette et ganske imponerende resultat, hvis vi ser på den nuværende brugte værdi for tyngdeaccelerationen som defineres til 9,82 (I Danmark).

Konklusion

Så hvis vi kigger på den viden og de påstande Galileo har indsamlet, har været banebrydende i forhold til den tid han har levet i.

Støtte til Kopernikus verdensbillede, hvor solen er centrum
Det gamle verdensbillede:

Galileo Galilei, levede fra 15.2.1564 - 8.1.1642 (77 år), han var en italiensk naturvidenskabsmand og en meget vigtig person i den tid. Som omformede middelalderens naturfilosofi til klassisk fysik. Galileo Galilei var ældste søn af musikteoretikeren og komponisten Vincenzo Galilei. Han blev født i Pisa i storhertugdømmet Firenze og begyndte 17 år gammel at studere medicin, men vendte sig hurtigt til matematikken. 1589 blev han tilbud en lærestol i Pisa uden han havde en eksamen, men han opgav det i 1592 for et professorat i Padova, da han fik en bedre løn, og han skulle tage sig af sin familie, fordi faderen døde i året før 1591. I sommeren 1609 fik Galileo Galilei nys om den i Holland opfundne kikkert, som han forbedrede og af regeringen fik eneret på at fremstille til militært brug. I den følgende vinter anvendte han den selv til astronomiske observationer
 
Galilei opdagede at der kredsede 4 måner omkring Jupiter, hvilket var modstridende med kirkens billede, hvor jorden var i centrum, og alt cirkulerede omkring denne. (billede til venstre)
Den 5. marts 1616 erklærede kirken derfor, at tanken om Jordens bevægelse var kættersk, fordi den stred mod den ordrette forståelse af Bibelen.

I de følgende år levede Galilei tilbagetrukket og lavede tabeller over Jupitermånernes bevægelser. Meningen ved dette var, at navigere til søs.
I efteråret 1618 gav tre store kometer næring til en strid om kometernes natur, hvori Galilei deltog. Han diksuterede kometernes natur med den romerske jesuit Orazio Grassi. Grassi havde dog envidenskabeligt bedre forståelse for kometer, da Galilei ikke betragtede kometer som fænomener i atmosfæren, men nærmere lys eller lignende.

Denne diskussion endte med bogen "Il Saggiatore" som udkom i 1623, hvori Galilei gav en fremstilling af sine metodologiske og videnskabsteoretiske synspunkter på mange forskellige emner. Eksempelvis kometere og endnu vigtigere: verdensbilledet.

Samme år valgtes Galileis velynder, den florentinske kardinal Maffeo Barberini, til pave under navnet Urban den ottende. Under sit besøg i Rom i 1624 førte Galilei mange venskabelige samtaler med paven, der i 1630 og 1631 yderligere viste sin velvilje ved at give Galilei to gejstlige embeder som kannik i henholdsvis Pisa og Brescia.

Dette tilskyndede Galilei til at færdiggøre sit hidtil største værk, der i 1632 udkom i Firenze under titlen "Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, tolemaico e copernicano" eller oversat "Dialog om de to store verdenssystemer".
Bogen var udformet som en dialog mellem en tilhænger af det gamle verdensbillede (Simplicio), en usikker og spørgende sjæl (Sagredo) og en repræsentant for den nye videnskab (Salviati). Galilei respekterede påmindelsen fra 1616 ved at lade Simplicio vinde debatten, selvom Salviati havde de stærkeste argumenter.

Dette kunne ikke narre nogen, og Galilei blev kaldt til Rom, hvor han i foråret 1633 blev forhørt og i kort tid holdtes fængslet. Denne proces endte med, at Galilei den 22. juni højtideligt afsvor sin kopernikanske overbevisning og idømtes livsvarigt fængsel, en straf, der omgående forvandledes til husarrest i hans store lejede villa i Arcetri uden for Firenze, nær det kloster, hvor hans to døtre var nonner.

Kemien under vinproduktion

Hvilken proces foregår under vinproduktion og hvilke dele er afgørende for det afsluttende vinprodukt? Annie, Henriette og Isabella

Hvad sker der under gæringsprocessen?

Ethanol  er det vi kender som alkohol. Det er et molekyle der er opbygget af atomerne carbon, hydrogen og oxygen. Den har den kemiske formel C2H5OH, det er OH-gruppen der gør den til en alkohol. Ethanol er opbygget af både polære og u-polære grupper. Den polære gruppe er -OH og de u-polære grupper er CH3 og CH2. Den polære gruppe kan danne hydrogenbindinger med vandmolekylet.

Det Ethanol man bruger i vin bliver dannet ved gærcellerne omdanner sukkeret til carbondioxid og vand. Dette er en fuldstændig forbrænding af glukosen. Proces:

C6H12O6 + 6 O2 --> 6 CO2 + 6 H2O

En vin har normalt en alkohol procent imellem 12-14%, da vinen vil ødelægges stille og roligt hvis vinens koncentration er lavere end 10%.

Det er ved gæring at alkoholen dannes. Gæringsprocessen er en respirationsproces. Altså at sukker, her glukose omdannes til vand og CO₂. Men gæringsprocessen i vin foregår i et anaerobt miljø, hvilket medfører at processen mangler ilt, og derfor bliver der dannet et affaldsprodukt ud over kuldioxid der giver boblerne i vinen, nemlig alkohol. Samme proces foregår i mennesket, hvor mælkesyrer vil være affaldsprodukt i stedet for ethanol.

C6H12O6 --> 2 C2H5OH+ 2CO2

C6H12O6 --> 2 CH3CH2OH + 2CO2

Gæringsprocessen er en ufuldstændig forbrænding, da der netop kommer et affaldsprodukt. Faktisk er det kun 10% af sukkerets energiindhold frigøres, så hele 90% er bundet i alkoholmolekylerne. En stor del af den energi der frigøres er blevet til varmeenergi. Det er derfor at man under forsøg med gæringsprocessen kan mærke at kolben bliver varmere igennem processen, men også når et brød har hævet er dejen varmere.

Gærceller kan kun udnytte to ud af de 6 forskellige sukkerarter. Glukose og Fruktose, der begge er monosaccarider. De fire andre, maltose, saccarose, laktose og sukrose, kan ikke udnyttes da de har for lange kæder og derfor er disaccarider eller polysaccarider.

Hvilke elementer spiller en rolle i vinen?

Der bliver brugt to andre alkoholer i vinen: Glycerol(propan-1,2,3-triol(den søde alkohol)) og sorbitol. Glycerol bliver også dannet under gæringen og koncentrationen af Glycerol afhænger af mange ting. Den afhænger mest af hvor meget sukker der er i, gæringen, temperaturen og pH-værdien.

Sorbitol er et sødemiddel som søder ligeså meget som glukose men man bruger kun denne form for sødemiddel som mål fra æblesaft i vinen. Dette sker fordi æblesaft har en stort indhold af denne slags sødemiddel. Sorbitol er et hexavalent alkohol (1,2,3,4,5,6-hexanol)

Fenoler bliver brugt i vinen for at give vinen smag, farve og holdbarhed. Indholdet i vinen afhænger af hvor langtid drueskallerne har været i mosten. Derudover giver fenolerne vinen en bitter og sammensnerpende karakter.  Fenoler har også betydning for vinens farve. Hvis fenolerne ligger langtid kan farven næsten blive helt sort hvorimod hvis den ligger lidt får vinen næsten ingen farve.

Der er også estere i vinen. Estere gør at vinen får en mere blød smag men er også vigtig for vinens aroma. Der findes enormt mange estere i rødvin men mindre i hvid vin. Estere er også vigtige for vinens aromaer da de fleste er flygtige.

Vinens syrere er ioner eller molekyler, som kan afgive en hydrogenion (H+). Vinens syrer er alle svage, dvs. de er ikke særligt gode til, at afgive en hydrogenion. Syrerne i vinen er alle organiske, de er altså alle inden for gruppen carboxylsyrer,  og indeholder mindst én carboxylgruppe.

Hvilken betydning har pH-værdien for vin?

PH-værdien har en stor betydning for vinen i det, det er med til at påvirke der ikke er risiko for at der er bakterier der ødelægger vinen. Derudover har pH-værdien også en vigtig betydning for hvilken farve vinen får. Ved lav pH-værdi bliver vinen rød og ved høj pH-værdi bliver vinen farveløs og til sidst ville farven blive blå eller grå hvis pH-værdien er for lav. Til sidst har pH-værdien også betydning for vinens smag, i det at vinen har en høj pH-værdi vil vinen have en tam smag og ved for lav pH-værdi kommer vinen til at smage hårdt og metallisk.

pH i vinen er afhængig af koncentrationen af oxoniumioner (H3O+) i vinen. Jo højere koncentrationen af oxoniumioner, jo lavere er pH værdien på vinen. Når koncentrationen af oxoniumioner bliver formindsket med 10 gange, så stiger pH-værdien med 1. pH-værdien for vinen har en betydning for, hvor modstandsdygtig vinen er over for bakterieangreb. Når vinen er i dens normalområde for pH-værdien, som er mellem 3,2 og 3,6, er der ingen risiko for, at bakterier ødelægger vinen.

pH er ikke kun vigtig for hvor modstandsdygtig vinen er, den er også vigtig for, vinens farve, da vinens farve er pH-afhængig. Derfor er det vigtigt at kigge på pH-værdien i vinproduktionen. Ved en lav pH, bevirker det, at den høje koncentration af oxoniumioner, at anthocyaninerne får en positiv ladning, og dermed bliver røde. Hvorimod, når pH-værdien stiger og koncentrationen af oxoniumionerne falder, bliver farven på anthocyaninerne ændret mod det farveløse. Desuden har pH-værdien også en indvirkning på smagen af vinen. Hvis vinen har en såkaldt flad smag, betyder det, at vinen har en høj pH-værdi. Hvis vinen derimod har en lav pH-værdi, smager den hårdt og metallisk.

Eksempler på pH-værdien i de forskellige vine:

Champagne og mousserende vin har en pH-værdi på <3,0

De fleste hvidvine har en pH-værdi på 3,0 til 3,5

Rødvine har en pH-værdi på 2,4 til 3,8

Hvordan påvirker alkoholen kroppen med henblik på promilleberegning?

Hvis man skal lave en beregning på hvor meget ren alkohol en flaske vin indeholder kigger man først på hvilken vin man snakker om, hvor meget vin der er tale om og hvor høj alkohol procent flasken indeholder. Eksempel: en flaske rødvind der har en volumen på 750 mL og alkohol procenten er på 12%. Det skal lige siges at alkohol procenten er på 0,789 g/mL:

750 mL * 0,12*0 ,789 g/mL = 71 g ren alkohol

herudover kan man regne ud hvor meget et glas vin så indeholder af ren alkohol hvis en flaske indeholder 5 glas vin:

Når man drikker alkohol bliver det hurtigt optaget i kroppen, allerede i mavesækken. Alkoholen fordeler sig i vandet i kroppen. Derfor kan mennesker med større fedtprocent også blive hurtigere fulde, da de har et mindre vandindhold.

Hvis man skal lave promille regning på et menneske skal men vide om det er en mand eller kvinde og derudover hvor meget personen vejer og hvor meget alkohol der er indtaget:

Eksempel kan være en man på 75 kg. Med en normal kropsbygning:

75 kg *0,68 = 51 kg vand = 51000 g vand

hvis han indtager 14 g alkohol der er fortyndet i vand vil det give en promille på:

det vil sige at hvis der er en regel på man må køre med en promille på maks 0,5 kan manden ikke engang drikke 2 glas vin.

Hvis man tager en kvinde der også vejer 75 kg:

75 kg * 0,55= 41 kg vand= 41000 g vand

så når vi skal måle promillen igen når personen har indtager 14 g alkohol der er fortyndet i vand:

hvis hun drikker 2 glas vin har hun en promille på:

2 * 0,35 promille = 0,69 promille

Dog er disse beregninger ikke helt troværdige da der kan være meget forskel på fedtprocent og muskel bygning på personerne og til sidst hvor høj forbrænding personen har.

Alkohol er egentlig giftigt for kroppen. Når alkohollen nedbrydes går 90% af alkohollen til leveren hvor det bliver omdannet til ethanal og det er det man får tømmermænd af.

En normal krop nedbryder ca. 115 mg alkohol i timen pr kg krops legeme. Dette svare til 8 g ren alkohol pr time og en genstand er 12 g. Altså man nedbryder ca. 3/4 pr time. Dog er dette også varierende. 

Spørgsmål der kunne stilles:

Hvad var det ethanol blev omdannet til, og som var grunden til tømmermænd?

Hvilket produkt er alkohol i gæringsprocessen?

Hvor meget stiger pH-værdien med, hvis koncentrationen af oxonium-ion formindskes 10 gange?