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Lo scienziato individuò anche il principio di relatività del movimento, che usò per sostenere che la Terra non era ferma. Un essere che si trova all'interno di un sistema di riferimento non può rendersi conto se quel corposi muove o meno perché partecipa al suo moto.

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Galileo formulò il principio di inerzia ("Un corpo mantiene il proprio stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, finché una forza non interviene a modificare tale stato"). Sempre lui fu lo scienziato che scoprì che la velocità di caduta dei gravi non dipende dal peso ma dall'attrito dell'aria. Una piuma impiega molto tempo a cadere solo perché ha una forma poco aerodinamica.

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Nel 1609 Galileo presentò al governo veneziano il cannocchiale perfezionato. Lo scienziato levigo le lenti in suo possedimento a mano, le combinò e assemblò i vari pezzi. Costruì un tubo di legno e mise alle estremità una lente concava ed una convessa. Con questi accessori, il cannocchiale, che fino ad allora un potere d'ingrandimento di 3x (tre ingrandimenti), arrivò a 8x fino ad arrivare poi ai 20-30 ingrandimenti. Fu il primo a vedere il cielo e notò che la Luna non era un corpo celeste perfetto e liscio come si era sempre pensato fino ad allora, ma individuò crateri e montagne. Notò regioni chiare e scure e ottenne le prime informazioni sul moto lunare. Osservò anche le macchie solari e le fasi di Venere, vide Saturno senza riuscire però a distinguere gli anelli, che scambiò per rigonfiamenti.

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Osservando la lucerna della Cattedrale di Pisa, Galileo notò che essa dondolava, dopo essere stata accesa o spenta, oscillando a volte di più ed a volte di meno. Notò inoltre che ogni oscillazione avveniva nello stesso intervallo di tempo che, per mancanza di strumenti adeguati, misurò basandosi sul proprio battito cardiaco. Dopo vari esperimenti, Galileo formulò la legge dell'isocrona del pendolo, secondo la quale le oscillazioni di piccola ampiezza di svolgono tutte nello stesso tempo e dipendono dalla lunghezza del pendolo. Su questa legge si basa il funzionamento del metronomo, che in musica è lo strumento che da il tempo.

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Il metodo scientifico o sperimentale è il modo con cui la scienza procede per raggiungere una conoscenza della realtà. Esso consiste, da una parte, nella raccolta di dati empirici sotto la guida delle ipotesi e teorie da vagliare; dall'altra, nell'analisi matematica. Le radici del metodo scientifico risalgono anche prima di Galileo Galilei, cioè con l'antichità, il Medioevo e il Rinascimento.

Lo scienziato non si limita ad osservare, ma per lui i fenomeni devono essere risolti attraverso gli elementi quantitativi e misurabili. Dopo questo tipo di raccolta dei dati, lo scienziato può elaborare un'ipotesi (la quale può essere anche pensata prima della raccolta dei dati). Questa ipotesi è valida se ci consente di riprodurre in un contesto del tutto artificiale il fenomeno osservato, dopodiché è possibile formulare la legge.

Galileo Galilei infatti dice che: "la scienza è sempre costituita da sensate esperienze e necessarie dimostrazioni" cioè la scienza è tanto induttiva quanto deduttiva.
LE FASI DEL METODO SPERIMENTALE SONO:
-Osservazione del fenomeno

-Formulazione dell' ipotesi
-L'esperimento
-Verifica dell' ipotesi
-Comunicazione dei risultati (e se l' ipotesi è vera, nascita di una LEGGE).

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Il dispositivo è costituito da un cilindro di vetro contenente un liquido la cui densità aumenta sensibilmente al decrescere della temperatura. All'interno del cilindro sono contenute delle ampolline di vetro contenenti del liquido colorato. Tali ampolline hanno densità medie differenti fra di loro e ad esse sono appese delle targhette su cui viene indicata la temperatura.

Quando il dispositivo ha raggiunto l'equilibrio termico con l'ambiente esterno, si può leggere la temperatura osservando il numero riportato sulla più bassa fra le ampolline rimaste a galla. Se l'ambiente esterno si trova a temperatura molto bassa, il liquido all'interno del cilindro risulta avere una densità maggiore di quella di qualsiasi ampollina, e quindi rimarranno tutte a galla. Al contrario ad alte temperature andranno tutte a fondo.A temperature intermedie cadranno sul fondo solo le ampolline con densità superiore a quella del liquido: quella che si trova al livello più basso fra quelle galleggianti avrà densità appena inferiore a quella del liquido e quindi ne indicherà approssimativamente la temperatura.

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Nato a Pisa nel 1564, Galileo iniziò nel 1580 a studiare medicina presso l'Università della sua città, prima di scegliere nel 1583 di specializzarsi in matematica. A fargli da insegnante fu Ostilio Ricci, che riteneva che la matematica fosse una scienza non astratta, ma utile per risolvere i problemi pratici.
Fino al 1585 Galileo rimase a Pisa dove studiò anche fisica e dove fece la sua prima scoperta: si racconta che osservando la lucerna posta sul soffitto della cattedrale di Pisa scoprì l'isocronismo delle oscillazioni del pendolo. Dal 1589 insegnò a Pisa e nel 1592 venne chiamato presso l'università di Padova dove fu docente fino al 1610. Nello studio di Padova Galileo creò una piccola officina nella quale eseguiva esperimenti e fabbricava strumenti che vendeva per arrotondare lo stipendio: qui inventò nel 1593 la macchina per portare l'acqua a livelli più alti, che fu utilizzata a Venezia.
Nel 1604 apparve nei cieli europei una supernova. Si dice che Galileo ne approfittò per creare oroscopi a pagamento, ma soprattutto per costruire e perfezionare tra 1604 e 1609 il cannocchiale, strumento inventato in Olanda, usato da Galileo per la prima volta per osservare le stelle. Nel 1614 a Firenze il frate Tommaso Caccini lanciò contro i matematici moderni, e in particolare contro Galileo, l'accusa di contraddire le Sacre Scritture con le loro concezioni astronomiche ispirate alle teorie copernicane. Galileo Galilei aveva aderito infatti alle idee di Keplerosui movimenti dei pianeti ed alla teoria eliocentrica.  Il clima iniziava a farsi teso per i sostenitori di queste teorie e nel 1616 i teologi della Chiesa di Roma affermarono che le idee copernicane erano eretiche perché contraddicevano i passi delle Sacre Scritture e le opinioni dei Padri della Chiesa. Galileo espresse il suo pensiero in una serie di lettere scritte tra 1613 e 1616, chiamate Lettere copernicane, e nel Saggiatore opera del 1623 dedicata allo studio delle comete.
In queste due opere Galileo si occupò di spiegare come la Bibbia avesse carattere morale e salvifico e non scientifico. Nel Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, opera di trattatistica scientifica composta tra 1624 e 1630, Galileo confutò le teorie del sistema tolemaico-aristotelico -secondo il quale la Terra era ferma al centro dell'universo con i pianeti che le giravano intorno - a favore del sistema copernicano basato sulla teoria eliocentrica.
La confutazione e la dimostrazione della rotazione e rivoluzione della Terra avvenne sulla base degli studi di Copernico e Keplero e dell'osservazione diretta delle stelle, ma anche dei principi appena elaborati da Galileo di:

Inerzia, secondo cui un corpo, se non disturbato, conserva indefinitamente il proprio moto

Relatività del movimento, per cui non è possibile stabilire sulla base di esperienze e osservazioni compiute stando all'interno di un sistema e senza punti di riferimento esterni, se il sistema sia fermo o se si muova con un moto rettilineo e uniforme.

Nel 1633 arrivò la chiamata dell'inquisizione e iniziò il processo durante il quale Galileo provò a spiegare, senza riuscirvi, le sue ragioni alla Chiesa.
Il 22 giugno 1633 compì un'abiura delle sue teorie, con la quale sconfessava le scoperte fatte e la teoria copernicana, venendo condannato all'esilio ad Alatri.
Dopo l'abiura, secondo la leggenda, sembra che Galileo disse «E pur si muove», a testimonianza di come credesse ancora nella teoria eliocentrica.  Nel 1638 fu pubblicato nei Paesi Bassi il trattato chiamato Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze, l'opera galileiana più importante.
Galileo morì nel 1642.

Il 31 ottobre 1992, 359 anni dopo l'abiura, papa Giovanni Paolo II riconobbe gli errori commessi dalla Chiesa nei confronti di Galileo davanti alla sessione plenaria della Pontificia accademia delle scienze.