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Didaktik, Geschichte, Wissenschaftstheorie, Physik und Kultur

Der Fall der Planeten – Fall 5

Es brauchte schon einen Newton,
um zu bemerken, daß auch der Mond fällt,
wo doch jeder genau sieht, daß er nicht fällt.

Paul Valéry (1871 – 1945)

Obwohl Galileo Galilei durch die Dauerhaftigkeit und Gleichförmigkeit der Planetenbahnen am Himmel zu seinen weitreichenden Einfällen inspiriert worden sein könnte, war erst Isaac Newton in der Lage, auf der Grundlage des freien Falls, wie ihn Galilei konzipiert hatte, die Bewegungen der Planeten selbst als einen Sonderfall des freien Falls zu sehen.
Es ist interessant, daß sich auch diese auf den ersten (durch lebensweltliche Erfahrungen geprägten) Blick abwegige Ansicht, ebenfalls einer Idee verdankt, die als gedankliche Zerlegung einer als elementar und irreduzibel erfahrenen Figur beschrieben werden kann, der Kreisbewegung. Während Galilei noch an der Idealgestalt des Kreises und der Fallunfähigkeit der Planeten festhielt – auch in dieser Hinsicht war er noch Aristoteliker – sah Newton die Kreisbewegung als erklärungsbedürftig an. Für ihn war die Kreisbahn das Ergebnis des Zusammenwirkens zweier Bewegungen: einer gleichförmigen und einer (beschleunigten) Fallbewegung.
Läßt man eine Kugel fallen, so unterliegt sie (im Vakuum) einzig der Schwerkraft, durch die sie in Richtung Erdmittelpunkt beschleunigt wird. Daran ändert sich auch nichts, wenn man die Kugel mit einer horizontalen Anfangsgeschwindigkeit startet. Es ergibt sich aber eine andere Bahn. Während sie mit zunehmender Geschwindigkeit zur Erde fällt, bleibt unabhängig davon (Prinzip der freien Superposition) die horizontale Komponente der Geschwindigkeit gleich. Insgesamt setzen sich die horizontale und vertikale Komponente der Geschwindigkeit zur Gesamtgeschwindigkeit zusammen, mit der sich die Kugel auf einer gekrümmten Bahn auf die Erde zu bewegt. Sie trifft um so weiter von der Startposition entfernt auf, je größer ihre horizontale Anfangsgeschwindigkeit ist.
Da die Erde nicht flach, sondern kugelförmig gekrümmt ist, tritt bei genügender Steigerung der horizontalen Anfangsgeschwindigkeit schließlich der Fall ein, daß die Kugel die Erde überhaupt nicht mehr erreicht, weil sie sich in gleichem Maße von der Kugel wegkrümmt, wie sich diese der Erde annähert (siehe die abgebildet Zeichnung von Newton). Wir haben es also mit dem ohne diese von Newton stammende Sehweise paradox erscheinenden Fall zu tun, dass eine Kugel auf die Erde fällt, ohne sie je zu erreichen.
Auch der Mond und die Satelliten werden natürlich von der Erde angezogen und fallen auf sie zu, erreichen sie aber ebenfalls nicht. Ihre immer wieder durchlaufene Bahn kann als der kontinuierlich wiederholte Versuch angesehen werden, das Ziel schließlich doch noch zu erreichen. Und diese Versuche sind realiter nicht ganz aussichtslos. Vor allem weil bei diesen Umkreisungen bremsende Gezeitenkräfte aufeinander ausgeübt werden, findet eine allmähliche Abbremsung statt, die schließlich zum spiralförmigen Niederfall führt. Für leichtere Objekte, wie etwa die vom Menschen hochgeschossenen Satelliten kommt es jedoch (zum Glück) meist nicht so weit. Durch die mit der Annäherung an die Erde immer dichter werdende Atmosphäre treten schließlich so starke Reibungskräfte auf, daß die Objekte aufgeheizt werden und in der Atmosphäre verglühen. Der Zerfall als ultimativer Fall steht letztlich auch dem Planetensystem bevor.
Newton hat den Fall auch noch in anderer Hinsicht verallgemeinert, indem er davon ausgeht, dass nicht nur die Erde einen fallenden Körper anzieht, sondern auch der Körper die Erde. Dies wird im Gravitationsgesetz durch eine symmetrische Abhängigkeit der Gravitationskraft von den beteiligten Massen berücksichtigt.
Wer oder was auf wen oder was fällt, ist also weitgehend Ansichtssache, wie in der folgenden Szene eines hinfallenden Menschen zum Ausdruck kommt, der dem Wein etwas zu stark zugesprochen hat: „Ich tastete mich durch den Hof, bis der Hof sich plötzlich erhob und mir kräftig eins auf die Schnauze gab. Aber ich ließ mich nicht zurückhalten, nahm, wenn auch wankend, meinen Weg wieder auf, mehrmals kam der Hof wieder hoch und verpaßte mir viele Abreibungen hintereinander“ (Luigi Meneghello: Wieder da! 1993).

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