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Geschichte

Gedanken zum freien Fall

Der freie Fall ist eine der wichtigsten beschleunigten Bewegungen, die wir im Alltag beobachten können. Gleitet uns eine Tasse aus der Hand, fällt sie frei zum Boden mit bekanntem Ergebnis. Wenn wir beim Gehen nicht aufpassen, fallen wir u. U. ein kleines Wegstück frei mit oft unangenehmen Folgen.

[Public domain], via Wikimedia Commons
Abb. 1 ARISTOTELES (384 - 322 v. Chr.);

In den Schriften des ARISTOTELES (384 - 322 v. Chr.) werden die Vorstellungen vom Aufbau des Kosmos und daraus resultierend die Erklärung des Ablaufs von Bewegungen dargestellt. Nach der Ansicht von ARISTOTELES fällt eine Stein von Natur aus zu Boden, weil sein "natürlicher Ort" unten ist. Der Stein trachtet stets danach seinen natürlichen Ort einzunehmen und ist daher von sich aus bestrebt, zu Boden zu fallen. Schwere Körper drängen stärker nach unten als leichte.Schon im Altertum beschäftigte man sich mit diesem Bewegungstyp und entwickelte Vorstellungen, die erheblich von den heutigen Überzeugungen abweichen, die aber als Alltagsvorstellungen bei Lernenden häufig zu finden sind.

Mit geringen Abänderungen hielt sich die Lehre der alten Griechen bis etwa in das 16. Jahrhundert also ca. 2000 Jahre lang. Erst mit einer neuen Herangehensweise an naturwissenschaftliche Fragestellungen, bei denen das Experiment eine entscheidende Rolle spielte, gelangte man zu deutlich abweichenden Erkenntnissen, die aber - scheinbar - mit unseren Erfahrungen aus dem täglichen Leben nicht so ohne weiteres in Einklang zu bringen sind.

Die Untersuchung des freien Falls durch Galileo GALILEI

Justus Sustermans [Public domain], via Wikimedia Commons Justus Sustermans
Abb. 2 Galileo GALILEI (1564 - 1642)

Als ein sehr wichtiger Vertreter der im 16. Jahrhundert aufkommenden naturwissenschaftlichen Arbeitsweise gilt Galileo GALILEI (1564 - 1642), der sich u. a. auch mit dem freien Fall beschäftigte.

GALILEI stand der Mechanik des ARISTOTELES besonders kritisch gegenüber. Einer seiner Schüler Vicenzo Viviani schreibt:

"Und dann wurden zum Entsetzen aller Philosophen viele Schlussfolgerungen des Aristoteles von ihm (Galileo) durch Experimente, solide Beweise und Erörterungen als falsch erwiesen. Schlussfolgerungen, die bis dahin für absolut klar und unzweifelhaft gehalten wurden, wie unter anderem, dass die Geschwindigkeiten von bewegten Körpern desselben Materials, aber ungleichen Gewichts, die sich durch dasselbe Medium bewegen, nicht wechselseitig das Verhältnis der Gewichte beibehalten, wie von Aristoteles gelehrt, sondern dass alle sich mit derselben Geschwindigkeit bewegen.

Er demonstrierte das von der Höhe des Campanile von Pisa in Gegenwart von anderen Lehrern und Professoren und der ganzen Studentenschaft."

Hinweis: Nach heutigen Erkenntnissen ist es eher unwahrscheinlich, dass GALILEI seine Fall-Experimente am schiefen Turm von Pisa gemacht hat.

Dennoch kam er zu den folgenden Ergebnissen:

  • Der freie Fall ist eine konstant beschleunigte Bewegung mit der Beschleunigung \(a = 9,81\frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}}\). Man schreibt für die Erdbeschleunigung zu Ehren GALILEIs auch \(g = 9,81\frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}}\).

  • Im Gegensatz zu ARISTOTELES fallen nach GALILEI alle Körper - unabhängig von ihrer Gewichtskraft - gleich schnell.

  • Schon bei GALILEI taucht die vage Vermutung auf, dass zwischen irdischer und himmlischer Bewegungslehre kein Unterschied ist.