Fallbewegungen

Schlagwörter: Fallbewegung, freier Fall, Fallgeschwindigkeit, Aristoteles,  Galilei

Wie verhalten sich fallende Körper? Welcher Körper fällt schneller? Wie schnell fällt ein Körper? Welche Faktoren beeinflussen den Fall?

Hypothesen

Dazu können wir die folgenden Hypothesen aufstellen. Die Fallgeschwindigkeit eines Körpers ist abhängig von

  • Masse des Körpers
  • Fallhöhe
  • Ortsfaktor
  • Form des Körpers („windschnittigkeit“)
  • Fläche des Körpers (Querschnitt)
  • Dichte des Mediums in dem er fällt

In den Hypothesen sind einige Faktoren enthalten, die wir zunächst eliminieren sollten. Daher wird es sinnvoll sein, eine Idealisierung vorzunehmen. Wir betrachten zunächst die Fallbewegung im Vakuum. Dadurch fallen Reibungseffekt zwischen fallendem Körper und dem umgebenden Medium (z.B. Luft) raus. Damit werden auch die Fläche des Körpers, seine Form und die Dichte des Mediums hinfällig. Für den Fall im Vakuum bleiben die Hypothesen

  • Masse des Körpers
  • Fallhöhe
  • Ortsfaktor

Diese Idealisierung nennen wir Freier Fall.

Historie

Mechanik des Aristoteles

In der Mechanik des Aristoteles heißt es: „Alles was sich bewegt, bewegt sich entweder von Natur aus, oder durch eine äußere Kraft oder wegen seines freien Willens. … Ein Stein fällt zu Boden, weil sein natürlicher Ort unten ist. … Schwere Körper drängen stärker zum Boden, als leichte. Sie fallen daher schneller.“

Aristoteles lebte von 384 – 322 v.Chr. Seine Aussagen bildeten über fast 2000 Jahre ein unerschütterliches Fundament der Mechanik. Die Gründe dafür sind sehr vielfältig. Neben dem wenig wissenschaftsfreundlichen Umfeld, speziell um die Zeit der Inquisition, gab es zwei weitere wesentliche Gründe für den Langen Bestand der Mechanik des Aristoteles.

Die Mechanik des Aristoteles war deutlich umfangreicher, als es der knappe Auszug oben vermuten lässt. Die Gedanken und Ausführungen darin waren stark und logisch miteinander verknüpft. So hätte die Kritik an einzelnen Punkten, gleichzeitig das Gesamtkonzept zerstört.  

Die Mechanik des Aristoteles spiegelte die tägliche Erfahrung wieder. Sie schafft ein theoretisches Fundament für das, was die Menschen tatsächlich sehen und erleben konnten.

z.B. „Schwere Körper fallen schneller als leichte.“ Das entspricht unserer täglichen Beobachtung.

Ein Wagen bewegt sich aufgrund einer äußeren Kraft. Je stärker das Zugtier zieht, desto schneller bewegt sich der Wagen. Zieht das Zugtier nicht mehr, dann bleibt der Wagen stehen.“ Auch wenn diese Formulierung klar im Widerspruch zum NEWTONschen Trägheitsgesetz steht, so entsprach sie der täglich gemachten Beobachtung.

Kritik an der Mechanik des Aristoteles war also nicht nur gefährlich, es war auch schwer, weil ein in sich geschlossenes System angegriffen werden musste.

Gedankenexperiment des Galilei

Galieli (1564 – 1642) stand der Mechanik des Aristoteles kritisch gegenüber. Es fand in der Theorie des Aristoteles einen Widerspruch. Nach Aristoteles „fallen schwere Körper schneller als leichte“.

Stellen wir uns einen schweren Körper A und einen leichten Körper B vor. Nach Aristoteles fällt Körper A schneller als Körper B.

Wenn jetzt der Körper B unter den Körper A gelegt wird, dann müsst der leichtere Körper B die Bewegung von Körper A abbremsen. ABER!!!

Körper A und B sind zusammen schwerer als Körper A, also müssten beide Körper zusammen schneller fallen als Körper A. Das war ein Widerspruch. Es musste weitere Kriterien für die Fallgeschwindigkeit geben, die Galilei in den folgenden Jahren untersuchte.