Joachim Schummer: Vorlesung im Sommersemester 1999:

Einführung in die Geschichte und Philosophie der Physik

Kooperationsveranstaltung der Fakultäten für Physik und für Geistes- und Sozialwissenschaften der Universität Karlsruhe (TH)

6. Vorlesung:

Mechanische Naturphilosophie - Klassische Mechanik

Copyright Ó 1999 by Joachim Schummer

Vorlesungsüberblick
Materialien
Literatur

Vorlesungsüberblick

1. Begriffsgeschichtlicher Hintergrund: ‘Mechanik’

2. Mechanische Naturphilosophie

2.1 Descartes’ spekulativer Systementwurf

2.2 Varianten der mechanischen Naturphilosophie

2.2.1 Philosophiehistorischer Hintergrund

2.2.2 Korpuskulartheoretische Differenzen über die Grundeigenschaften der Materie

2.2.3 Erkenntnistheoretische und metholologische Differenzen

2.3 Mechanistisches Weltbild und Religion

3. Newton und die Entwicklung der klassischen Mechanik

3.1 Newtons mathematische Physik

3.2 Newtons Wirkungsgeschichte

Wichtige Personen

Galileo Galilei (1564-1642)

René Descartes (1596-1650)

Robert Boyle (1627-91)

Christian Huygens (1629-95)

Isaac Newton (1643-1727)

Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716)

Pierre-Louis Moreau de Maupertuis (1698-1756)

Leonhard Euler (1707-1783)

Jean le Rond d’Alembert (1717-1783)

Joseph Louis Lagrange (1736-1813)

Pierre-Simon Laplace (1749-1827)

Materialien

Vergleich Aristoteles-Descartes

Aristoteles	Descartes
4 Ursachen mit Priorität der Zweckursache	1 Ursache: Kausalursache
4 Arten von Veränderung	Orts- und Gestaltveränderung
Wahrnehmungsqualitäten mit Priorität der Grundqualitäten (warm-kalt, hart/fest-weich/flüssig)	Größe, Gestalt und Bewegung
Naturding als Einheit von Stoff- und Formprinzip	Naturding als Einheit von räumlicher Ausdehnung und Gestalt

Descartes Naturgesetze

Erhaltungssatz: Erhaltung der Quantität von Materie und Bewegung, gewährleistet durch die Vollkommenheit des unverändlichen Gottes.

1. Gesetz: Jede Korpuskel oder Korpuskelanballung verharrt ohne äußere Ursache in ihrem Zustand der Größe, Gestalt und Bewegung oder Ruhe.

2. Gesetz: Jeder materielle Körper im Bewegungszustand strebt nach Fortsetzung der Bewegung nur in geradliniger Richtung, nie in gekrümmter Bahn.

3. Gesetz: Regeln für Quantität und Richtung der Bewegungsgröße nach Zusammenstoß von Korpuskeln (Stoß- bzw. Druckgesetze)

Mechanistisches Reduktionsprogramm

Wahrnehmungsqualitäten z.B. Farben, Geräusche, Wärme-Kälte, Licht, Geruch, Geschmack	Druck-/Stoßwirkung von Korpuskeln auf Sinnesorgane
stoffliche Verschiedenheiten und Umwandlungen	Einheitsstoff der Korpuskeln, diversifiziert nach Größe, Gestalt, Lage; veränderlich über wechselnde Zusammenballungen (und ‘Abrieb’)
Fernkräfte: Gravitation, Magnetismus und Elektrizität,	Stoß-/Druckwirkung durch fein-korpuskulare Ströme (Äther)
Lebenskräfte zur Organisation und Bewegung von Lebenwesen	mechanische Automaten

Newtons mathematische Physik

Grundbegriffe, z.B.:

Der absolute Raum ist unvergänglich und bleibt vermöge seiner Natur und ohne Beziehung auf einen anderen Gegenstand stets gleich und unbeweglich.
Die absolute, wahre und mathematische Zeit fließt vermöge ihrer Natur ohne Beziehung auf einen anderen Vorgang gleichförmig ab.
Die Masse (Stoffmenge) eines Körpers ist das Produkt aus Dichte und Volumen.

Axiome

Jeder Körper verharrt im Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen linearen Bewegung, solange er nicht durch wirkende Kräfte gezwungen wird, seinen Zustand zu ändern. [ vis inertia: passive Trägheitskraft]
Die Änderung der Bewegung ist proportional der wirkenden Kraft und erfolgt längs der Geraden, in der die Kraft wirkt. [F ~ dv/dt, implizit: F = m a ]
Zu einer Wirkung besteht immer eine entgegengesetzt gerichtete und gleiche Gegenwirkung, oder: Die Wirkungen zweier Körper aufeinander sind stets gleich und von entgegengesetzter Richtung.

Entwicklung des allgemeinen Gravitationsgesetzes

Dynamik der Kreisbewegung (mathemat. Ableitung von Huygens/Newton):

Zentrifugalkraft = Zentripedalkraft: F_Zp = m v²/r =m 4p ² r/T²

Übertragung auf Planetenbahnen:

nach dem 3. Keplerschen Gesetz: T²~ r³

Þ Zentripetalkraft: F_Zp ~ m/r²

Verallgemeinerung der Gravitationskraft als Wechselwirkung

zwischen 2 Massen m₁und m₂ mit allgemeiner Gravitationskonstante G:

F_G = G m₁m₂/r²

Erklärung von Galileis Fallgesetz als Näherung

Galilei: Körper beliebiger Masse fallen gleich schnell nach:

s~t² Û v~t Û dv/dt = konst.

Newton: konst. Beschleunigung entspricht konstanter Kraft: F = m₁ dv/dt

Unter der Voraussetzung: schwere Masse = träge Masse: F = F_G

Þ dv/dt = G m₂/r² (= konst. für kleine Änderungen von r)

Literatur

Siehe Literatur zur 5. Vorlesung, sowie

Companion to the History of Modern Science, hrsg. v. R.C. Olby, G.N. Cantor, J.R.R. Christie, M.J.S. Hodge, London-New York 1990:

Schuster, J.A.: "The Scientific Revolution", S. 217-42.
Tamny, M.: "Atomism and the Mechanical Philosophy", S. 597-609
Gabbey, A.: "Newton and Natural Philosophy", 243-63.
Schaffer, S.: "Newtonianism", S. 610-26.
Fox. R.: "Laplacian Physics", S. 278-94.
Brook, J.H.: "Science and Religion", S. 763-82.

Hooykaas, R.: "Das Verhältnis von Physik und Mechanik in historischer Hinsicht", in: Selected Studies in History of Science, Coimbra 1983, S. 167-89.

Laßwitz, K.: Geschichte der Atomistik vom Mittelalter bis Newton, 2 Bde., Hamburg, Leipzig 1890 [Nachdruck: Hildesheim 1984].

Mason, St.F.: "Die wissenschaftliche Revolution und die protestantische Reformation", in: Geschichte der Naturwissenschaft, Stuttgart, Kröner, Kap. 16.