Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

29.1 Galileo Galilei (geb. 1564 in Pisa, gest. 1642 bei Florenz). Galilei gilt als Begründer der Physik und ihrer Methode. Sein Kampf für das heliozentrische Weltsystem und gegen die Lehrmeinung der katholischen Kirche ist The- ma zahlreicher Romane und Theaterstücke. Konnte Galilei seine Theorie beweisen? 29.2 In einem ruhig dahinfahrenden Zug merkt man an der Veränderung der Landschaft, dass sich der Zug bewegt. Ohne Blick nach außen merkt man die Bewegung des Zuges nur, wenn er schneller oder langsamer wird oder in eine Kurve fährt. Das Relativitätsprinzip Du siehst am Himmel ein Flugzeug. Es fliegt mit gleich bleibender Geschwindigkeit geradeaus. Im Inneren der Maschine sind die Vorhänge geschlossen. Bei ruhigem Flug merkt man nur am Geräusch der Maschine, dass sich diese bewegt. Alle Be- wegungen im Flugzeug verlaufen genauso wie auf der Erde: Ein Passagier kann sich ein Glas Wasser einschenken, im Flugzeug umhergehen. Es gibt keine Beob- achtung und kein Experiment, aus dem man ohne Blick nach außen auf die Ge- schwindigkeit des Flugzeugs schließen könnte. Hingegen können sowohl ein Beobachter am Erdboden als auch ein Passagier mit Blick nach außen die gegenseitige relative Bewegung feststellen. D. h. der Mensch am Boden wird sagen: Das Flugzeug bewegt sich relativ zu mir am Himmel mit konstanter Geschwindigkeit. Relativitätsprinzip In Systemen, die sich gleichförmig geradlinig bewegen ( _ ‣ v = const.), können nur Relativbewegungen festgestellt werden. In solchen Systemen laufen alle physikalischen Vorgänge in gleicher Weise ab. Inertialsysteme Systeme, in denen das Trägheitsgesetz gilt, bezeichnet man als Inertialsysteme (inertia, lat. bedeutet Trägheit). Inertialsysteme sind unbeschleunigt, d. h. sie sind relativ zu anderen Inertialsystemen in Ruhe oder bewegen sich gegen einander mit konstanter Geschwindigkeit. Derartige Systeme gibt es in der Realität nicht, sie sind Modelle, die die Vorgänge näherungsweise beschreiben. Auch die Erde ist kein Inertialsystem, denn sie dreht sich um ihre eigene Achse und umkreist die Sonne. Für viele Experimente genügt der Bezug zur Erdober- fläche. In diesen Fällen wird die Rotationsbewegung der Erde vernachlässigt und die Erde kann als Inertialsystem angesehen werden. Der Fixsternhimmel stellt ein fast ideales Inertialsystem dar. Inertialsysteme sind Systeme, in denen das Trägheitsgesetz gilt. Aristotelische Physik A RISTOTELES (384–322 v. Chr.) gilt als bedeutendster Philosoph der Antike. Seine Schriften zur Ethik, zur Logik und zur Metaphysik sind noch heute von Bedeutung. Er gilt auch als Begründer zahlreicher anderer Wissenschaften, etwa der Botanik und der Politologie. Er lebte zur Zeit Alexander des Großen und war dessen Lehrer. Im Mittelalter sprach man von ihm als „Il Philosophus“, „der Philosoph“ und seine Lehren wurden an den europäischen Universitäten gelehrt. Ver- trat jemand eine andere Meinung, wurde er der Ketzerei beschuldigt. Für die Physik lieferte Aristoteles ein System, das mit den täglichen Erfahrungen der Menschen durchaus im Einklang stand. Aristoteles behauptete, dass die Erde eine Kugel sei. Von den vier Elementen (Erde, Wasser, Feuer, Luft) bewegen sich die „schweren“ Elemente Erde und Wasser zum Mittelpunkt der Erde, die leichten Elemente Feuer und Luft bewegen sich von ihr fort und steigen auf. Die Erde ist von sieben konzentrischen Kugeln, den Sphären, umgeben. Auf den Sphären bewegen sich die sichtbaren Himmelskörper, Mond, Sonne, Planeten und Fixsterne. Wir sehen die Himmelskörper auf- und untergehen. Er schloss also, dass sich die Sphären einmal täglich um eine Achse drehen. Ein „erster Beweger“ meinte er, habe diese Bewegung verursacht. Zwischen den Himmelskörpern befindet sich der „Äther“ , ein durchsichtiger Stoff (das fünfte Element). Die Bewegungen auf der Erde werden durch Kräfte verursacht. Sobald keine Kraft mehr auf einen Körper wirkt, bleibt dieser stehen. Dies entspricht durchaus der Beobachtung: Ein von einem Pferd gezogener Wagen bleibt am holprigen Weg stehen, sobald das Pferd den Wagen nicht mehr zieht! Die Physik G ALILEIS ( 29.1 ) geht über die unmittelbare Anschauung hinaus. Galilei erfindet das Experiment: Er fragte, was geschieht, wenn wir zum Beispiel die Reibung möglichst klein machen. Er verbessert die Himmelsbeobachtungen, indem er ein Fernrohr benutzt. Galilei unterstützt seine Theorien mit Gedankenexperimenten und führt schließlich die Mathematik als physikalische Methode ein, um damit Voraussagen machen zu können. 29 | MECHANIK 1 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv