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Entdeckung der Bewegungsgesetze

Schon frühzeitig beschäftigten sich Naturwissenschaftler mit der Frage, wie und warum sich Körper bewegen. Viele Jahrhunderte lang galt die Lehre des ARISTOTELES, dass schwerere Körper schneller fallen als leichtere.
Der italienische Naturwissenschaftler GALILEO GALILEI widerlegte diese Auffassung und entdeckte, dass im Vakuum alle Körper gleich schnell fallen. Durch umfangreiche experimentelle Untersuchungen fand er die Gesetze des freien Falls.
GALILEI war auch der erste Wissenschaftler, der das Experiment als gezielte Frage an die Natur in die Wissenschaft einführte.

Freier Fall

Die Fallbewegung eines Körpers, die nicht durch den Luftwiderstand behindert wird, nennt man freien Fall.
Der freie Fall ist eine gleichmäßig beschleunigte geradlinige Bewegung, wobei die Beschleunigung gleich der Fallbeschleunigung g am jeweiligen Ort ist.

Galileo Galilei

* 15.02.1564 Pisa
† 08.01.1642 Florenz
Er war italienischer Physiker, Astronom und Professor für Mathematik in Pisa, Padua und Florenz. Große Entdeckungen machte er auf den Gebieten der Mechanik (u. a. Fall- und Wurfgesetze, Trägheitsgesetz), der Optik (u. a. Bau eines eigenen Fernrohres) und der Astronomie (Entdeckung der vier Jupitermonde). Er war ein Verfechter des heliozentrischen Weltbildes und wurde dafür von der Inquisition ermahnt und zur Abschwörung gezwungen. GALILEI führte das Experiment als wichtige Denk- und Arbeitsweise in die Naturwissenschaften ein.

Goldene Regel der Mechanik

Die Goldene Regel der Mechanik gilt für alle kraftumformenden Einrichtungen. Sie wurde vor ca. 400 Jahren von dem italienischen Naturwissenschaftler GALILEO GALILEI (1564-1642) folgendermaßen formuliert:

Was man an Kraft spart, muss man an Weg zusetzen.

Diese Regel lässt sich auch als Proportionalität oder als Gleichung formulieren, wobei heute auch die Gültigkeitsbedingungen bekannt sind:

Für alle kraftumformenden Einrichtungen gilt unter der Bedingung, dass die Reibung vernachlässigt wird:

$\begin{array}{l} F ~ \frac{1}{s} oder \frac{F_{1}}{F_{2}} = \frac{s_{2}}{s_{1}} oder F_{1} \cdot s_{1} = F_{2} \cdot s_{2} \\ F, F_{1}, F_{2} wirkende Kräfte \\ s, s_{1}, s_{2} zurückgelegte Wege \end{array}$

Otto von Guericke

* 20.11.1602 Magdeburg
† 11.05.1686 Hamburg
Er war ein Naturforscher und Bürgermeister von Magdeburg, entwickelte die Luftpumpe, untersuchte die Ausbreitung von Licht und Schall im Vakuum, bestimmte die Dichte der Luft und entdeckte die elektrische Abstoßung von gleichnamig geladenen Körpern.

Kraftumformende Einrichtungen

Alle einfachen mechanischen Anlagen, mit deren Hilfe man den Betrag oder die Richtung von Kräften oder beides verändern kann, werden als kraftumformende Einrichtungen bezeichnet. Zu diesen kraftumformenden Einrichtungen gehören die verschiedenen Arten von Hebeln, feste und lose Rollen, Flaschenzüge und geneigte Ebenen. Auch hydraulische und pneumatische Anlagen kann man zu ihnen zählen.

Sanctorius Santorio

* 29.03.1561 in Cap d’Istria (heute Koper, Kroatien)
† 22.02.1636 in Venedig

SANTORIO SANTORIO (auch SANCTUARIUS, latinisiert SANCTORIUS), italienischer Arzt, Physiologe und Experimentator, zählt zu den großen Wegbereitern moderner Naturwissenschaften. Der Venezianer lehrte theoretische Medizin an der Universität Padua und konstruierte mechanische Instrumente zur Messung von Stoffwechselvorgängen. 1614 erschien seine Schrift „De statica medicina“, in der er seine Versuche beschrieb. SANTORIOs Verdienst ist die Einführung von quantitativen Methoden in die biologischen Wissenschaften. Er gilt als Vorläufer der Iatrophysik (Simulierung der Vorgänge im Körper mit Hilfe mechanischer Modelle).

Iatrochemie

Mit Beginn der Neuzeit gewann die Suche nach der Universalmedizin wieder zunehmend an Bedeutung. Der Arzt PARACELSUS wurde der Begründer der Iatrochemie (griech. iatros = Arzt), indem er neue chemische Verbindungen zur Behandlung von Krankheiten einsetzte und die Elementelehre erweiterte.

Durch die Verbreitung der Papierherstellung und des Buchdrucks wurden die naturwissenschaftlichen Erkenntnisse von vielen Gelehrten zugänglich und trotz der Geißel der Inquisition weiterentwickelt. In Europa erfolgte im 17. Jahrhundert die Bildung von Akademien, die anders als die eher geisteswissenschaftlich ausgerichteten Universitäten der naturwissenschaftlichen Forschung dienten. Als Begründer der Chemie als empirischer Wissenschaft gilt der Engländer ROBERT BOYLE, der die Notwendigkeit der experimentellen Methode in der wissenschaftlichen Untersuchung – ganz im Sinne des Physikers GALILEI – betonte. BOYLE definierte den Begriff Element neu und begründete die klassische chemische Analyse. Er legte mit seinen Arbeiten die Grundlagen für die rasante Entwicklung der Chemie im darauffolgenden 18. Jahrhundert.

Johannes Kepler

* 27.12.1571 Weil
† 15.11.1630 Regensburg

Er war einer der bedeutendsten Naturwissenschaftler der frühen Neuzeit und entdeckte die nach ihm benannten drei Gesetze der Planetenbewegung, die keplerschen Gesetze. Damit gehört er neben NIKOLAUS KOPERNIKUS, GALILEO GALILEI und ISAAC NEWTON zu den Wegbereitern eines neuen wissenschaftlichen Weltbildes, mit dem mittelalterliche Auffassungen überwunden und naturwissenschaftliche Erkenntnisse Grundlage der Vorstellungen wurden.

Mikroskop

Nur mithilfe der Entwicklung der Mikroskopiertechnik konnte der Mensch selbst kleinste Strukturen sichtbar machen und so die natürlichen Grenzen des menschlichen Sehens überwinden. Ohne die Entwicklung der Mikroskopiertechnik hätten wir den heutigen biologischen Kenntnisstand nicht erreichen können. So wäre beispielsweise die moderne Gentechnik, Molekularbiologie oder Medizin ohne die extreme Vergrößerung von Zellen, Viren, Bakterien oder anderen Objekten undenkbar.
Ansätze der Mikroskopie sind bereits in der Antike zu erkennen. Bereits um 500 v. Chr. benutzten die Griechen und Römer Lupen als Brenngläser, um Objekte zu vergrößern, jedoch sollten bis zur Entwicklung des ersten Mikroskops noch rund 2 000 Jahre vergehen. Um 1637 entwickelte ANTONY VAN LEEUWENHOEK (1632-1723) eines der ersten Mikroskope, mit welchem er bereits Karies, den Aufbau von Samen, Früchten, Blüten und auch Augen verschiedener Tiere untersuchen konnte.

Ein neues Weltbild

Seit dem Altertum versuchten die Menschen, die beobachteten Bewegungen am Sternhimmel und auf der Erde zu erklären und die erkannten Regelmäßigkeiten zu einem Weltbild zu vereinen. Die Herausbildung des heutigen heliozentrischen Weltbildes war ein langer, mit Irrtümern, Umwegen und vielen Opfern gepflasterter Weg der menschlichen Erkenntnis. Er begann mit dem geozentrischen Weltbild des PTOLEMÄUS vor knapp 2000 Jahren und ist untrennbar mit den Namen bedeutender Gelehrter des Mittelalters, wie KOPERNIKUS, KEPLER und GALILEI,
verbunden.

Galileo Galilei von der Inquisition zum Widerruf gezwungen

Am 22. Juni 1633 wurde der italienische Mathematiker und Physiker GALILEO GALILEI gezwungen, nach über 20-jähriger Auseinandersetzung mit der Inquisition der römisch-katholischen Kirche seinen angeblichen Irrlehren abzuschwören.
Der bedeutende Gelehrte der Renaissance hatte mit den Ergebnissen seiner astronomischen Beobachtungen das von der Kirche verfochtene geozentrische Weltbild des antiken Gelehrten PTOLEMÄUS widerlegt. Andererseits hatte er mit seinen Erkenntnissen das heliozentrische Weltbild des KOPERNIKUS wissenschaftlich untermauert. Das rief die Inquisition auf den Plan, die GALILEI der Ketzerei für schuldig befand. Um sein Leben zu verteidigen, musste GALILEI seinen Lehren abschwören.
Jahrhunderte später, nachdem das heliozentrische Weltbild zum allgemein akzeptierten Bestandteil des Wissens der Menschheit geworden war, wurde GALILEO GALILEI vom Papst rehabilitiert.

Entdeckung der Bewegungsgesetze

Schon frühzeitig beschäftigten sich Naturwissenschaftler mit der Frage, wie und warum sich Körper bewegen. Viele Jahrhunderte lang galt die Lehre des ARISTOTELES, dass schwerere Körper schneller fallen als leichtere. Der italienische Naturwissenschaftler GALILEO GALILEI widerlegte diese Auffassung und entdeckte, dass im Vakuum alle Körper gleich schnell fallen. Durch umfangreiche experimentelle Untersuchungen fand er die Gesetze des freien Falls. GALILEI war auch der erste Wissenschaftler, der das Experiment als gezielte Frage an die Natur in die Wissenschaft einführte.

Galileo Galilei

* 15.02.1564 Pisa
† 08.01.1642 Florenz

Er war italienischer Physiker, Astronom und Professor für Mathematik in Pisa, Padua und Florenz. Große Entdeckungen machte er auf den Gebieten der Mechanik (u.a. Fall- und Wurfgesetze, Trägheitsgesetz), der Optik (u.a. Bau eines eigenen Fernrohres) und der Astronomie (Entdeckung der vier Jupitermonde). Er war ein Verfechter des heliozentrischen Weltbildes und wurde dafür von der Inquisition ermahnt und zur Abschwörung gezwungen. GALILEI führte das Experiment als wichtige Denk- und Arbeitsweise in die Naturwissenschaften ein.

Otto von Guericke

* 20.11.1602 Magdeburg
† 11.05.1686 Hamburg

Er war ein Naturforscher und Bürgermeister von Magdeburg, entwickelte die Luftpumpe, untersuchte die Ausbreitung von Licht und Schall im Vakuum, bestimmte die Dichte der Luft und entdeckte die elektrische Abstoßung von gleichnamig geladenen Körpern.

Mikroskop

Nur mithilfe der Entwicklung der Mikroskopiertechnik konnte der Mensch selbst kleinste Strukturen sichtbar machen und so die natürlichen Grenzen des menschlichen Sehens überwinden. Ohne die Entwicklung der Mikroskopiertechnik hätten wir den heutigen biologischen Kenntnisstand nicht erreichen können. So wäre beispielsweise die moderne Gentechnik, Molekularbiologie oder Medizin ohne die extreme Vergrößerung von Zellen, Viren, Bakterien oder anderen Objekten undenkbar.
Ansätze der Mikroskopie sind bereits in der Antike zu erkennen. Bereits um 500 v. Chr. benutzten die Griechen und Römer Lupen als Brenngläser, um Objekte zu vergrößern, jedoch sollten bis zur Entwicklung des ersten Mikroskops noch rund 2 000 Jahre vergehen. Um 1637 entwickelte ANTONY VAN LEEUWENHOEK (1632-1723) eines der ersten Mikroskope, mit welchem er bereits Karies, den Aufbau von Samen, Früchten, Blüten und auch Augen verschiedener Tiere untersuchen konnte.

Von der Iatrochemie der Ärzte bis zum Beginn der wissenschaftlichen Chemie (1500-1700)

Mit Beginn der Neuzeit gewann die Suche nach der Universalmedizin wieder zunehmend an Bedeutung. Der Arzt PARACELSUS wurde der Begründer der Iatrochemie (griech. iatros = Arzt), indem er neue chemische Verbindungen zur Behandlung von Krankheiten einsetzte und die Elementelehre erweiterte.

Durch die Verbreitung der Papierherstellung und des Buchdrucks wurden die naturwissenschaftlichen Erkenntnisse von vielen Gelehrten zugänglich und trotz der Geißel der Inquisition weiterentwickelt. In Europa erfolgte im 17. Jahrhundert die Bildung von Akademien, die anders als die eher geisteswissenschaftlich ausgerichteten Universitäten der naturwissenschaftlichen Forschung dienten. Als Begründer der Chemie als empirischer Wissenschaft gilt der Engländer ROBERT BOYLE, der die Notwendigkeit der experimentellen Methode in der wissenschaftlichen Untersuchung – ganz im Sinne des Physikers GALILEI – betonte. BOYLE definierte den Begriff Element neu und begründete die klassische chemische Analyse. Er legte mit seinen Arbeiten die Grundlagen für die rasante Entwicklung der Chemie im darauffolgenden 18. Jahrhundert.

Die Aufklärung – Der Beginn der Neuzeit

Nachdem die ersten wissenschaftlichen Erkenntnisse überwiegend auf vergleichende Beobachtungen und Beschreibungen beruhten, konnten nunmehr die Erkenntnisse anderer Naturwissenschaften wie Mathematik und Physik herangezogen werden, um biologische Gesetzmäßigkeiten zu erklären. Die Erfolge führten allerdings auch zu Überschätzungen der physikalischen Erklärungsmöglichkeiten.

Galileo Galilei

* 15.02.1564 Pisa
† 08.01.1642 Florenz

GALILELO GALILEI war italienischer Naturwissenschaftler und Professor für Mathematik in Pisa, Padua und Florenz. Große Entdeckungen machte er auf den Gebieten der Mechanik (u. a. Fall- und Wurfgesetze, Trägheitsgesetz), der Optik und der Astronomie (Entdeckung der vier Jupitermonde). Die Naturwissenschaft verdankt Galilei Erkenntnisse über verschiedene Messinstrumente und physikalische Phänomene (Fernrohr, Pendel, Thermometer u. a.) und die Begründung der induktiven Methode (Deduktion und Induktion). Er war ein Verfechter des heliozentrischen Weltbildes und wurde dafür von der Inquisition ermahnt und zur Abschwörung gezwungen. GALILEI führte das Experiment und die Hypothese als wichtige Denk- und Arbeitsweisen in die Naturwissenschaften ein.

Johannes Kepler

* 27.12.1571 Weil
† 15.11.1630 Regensburg

Er war einer der bedeutendsten Astronomen der frühen Neuzeit und entdeckte die nach ihm benannten drei Gesetze der Planetenbewegung, die keplerschen Gesetze. Damit gehört er neben NIKOLAUS KOPERNIKUS, GALILEO GALILEI und ISAAC NEWTON zu den Wegbereitern eines neuen wissenschaftlichen Weltbildes, mit dem mittelalterliche Auffassungen überwunden und naturwissenschaftliche Erkenntnisse Grundlage der Vorstellungen wurden.

Kraftumformende Einrichtungen im Überblick

Alle einfachen mechanischen Anlagen, mit deren Hilfe man den Betrag oder die Richtung von Kräften oder beides verändern kann, werden als kraftumformende Einrichtungen bezeichnet. Zu diesen kraftumformenden Einrichtungen gehören die verschiedenen Arten von Hebeln, feste und lose Rollen, Flaschenzüge und geneigte Ebenen. Auch hydraulische und pneumatische Anlagen kann man zu ihnen zählen.
Für alle kraftumformenden Einrichtungen gilt die Goldene Regel der Mechanik.

Das Trägheitsgesetz (1. newtonsches Gesetz)

Das von GALILEO GALILEI (1564-1642) gefundene Trägheitsgesetz lautet:
Ein Körper bleibt in Ruhe oder in gleichförmiger geradliniger Bewegung, solange die Summe der auf ihn wirkenden Kräfte null ist.
$\vec{v} = konstant bei \vec{F} = \sum_{i = 1}^{n} {\vec{F}}_{i} = 0$
ISAAC NEWTON (1643-1727) formulierte dieses Gesetz in klarer Form in Rahmen seiner newtonschen Mechanik. Es wird deshalb auch als 1. newtonsches Gesetz bezeichnet.

Weltbilder

Das geozentrische Weltbild ist eine historisch überaus bedeutsame Auffassung vom Aufbau des Weltalls, die von dem griechischen Philosophen CLAUDIUS PTOLEMÄUS (ca. 100-ca. 170) begründet wurde und viele Jahrhunderte lang die herrschende Ansicht war.
Das heliozentrische Weltbild ist eine Auffassung vom Aufbau des Weltalls, die sich im 16. Jahrhundert herauszubilden begann. Entscheidenden Anteil daran hatte NIKOLAUS KOPERNIKUS (1473-1543), der dieses Weltbild in jahrzehntelanger Arbeit entwickelte. Weitere wichtige Beiträge zur Durchsetzung des heliozentrischen Weltbildes leisteten GALILEO GALILEI (1564-1642) und JOHANNES KEPLER (1571-1630).

Zeit und Zeitmessung

Die Zeit gibt an, wie groß die Dauer zwischen zwei Ereignissen ist.
Formelzeichen: t
Einheit: eine Sekunde (1 s)
Statt von Zeit spricht man manchmal auch von Zeitdauer oder von Zeitintervall. Gemeint ist damit immer die Dauer zwischen zwei Ereignissen, also eine Zeit. Davon zu unterscheiden ist der Zeitpunkt, unter dem ein bestimmter Moment verstanden wird.
Schon im Altertum wurde mithilfe von Sonnenuhren die Zeit gemessen. Viele Jahrhunderte lang wurden Wasser- und Sanduhren als Zeitmesser genutzt. Entscheidende Fortschritte wurden im 16. Und 17. Jahrhundert mit der Konstruktion der ersten mechanischen Uhren (Nürnberger Ei von PETER HENLEIN) und der Nutzung von Pendelschwingungen für Uhren (HUYGENS, HOOKE) erzielt. 1929 wurde die erste Quarzuhr gebaut, 1948 die erste Atomuhr. Bei diesen Uhren tritt in 200.000 Jahren eine Abweichung von weniger als einer Sekunde auf.

Entstehung eines neuen Weltbildes

Seit dem Altertum versuchten die Menschen, die beobachteten Bewegungen am Sternhimmel und auf der Erde zu erklären und die erkannten Regelmäßigkeiten zu einem Weltbild zu vereinen. Die Herausbildung des heutigen heliozentrischen Weltbildes war ein langer, mit Irrtümern, Umwegen und vielen Opfern gepflasterter Weg der menschlichen Erkenntnis. Er begann mit dem geozentrischen Weltbild des PTOLEMÄUS vor mehr als 2000 Jahren und ist untrennbar mit den Namen bedeutender Gelehrter des Mittelalters, wie KOPERNIKUS, KEPLER und GALILEI, verbunden.