A.1 Galilei-Fallexperiment
Die nach ihm benannten Fall-Experimente wurden von Galileo Galilei um 1600 durchgeführt. Er wollte zeigen, dass beim freien Fall die Fallgeschwindigkeit proportional zur Fallzeit größer wird – also die Bewegung einer konstanten Beschleunigung entspricht.
A.1.1 Idee
Die oft zitierten Fallversuche vom Schiefen Turm von Pisa dürfte Galilei so nie durchgeführt haben. Die Fallbewegung ist einfach zu schnell, um sie mit den Uhren seiner Zeit genau genug hätte messen können. Galilei hoffte, mit einer schiefen Ebene die Bewegung zu verlangsamen, ohne die Art der Bewegung zu verändern. Außerdem nahm er an, dass die Rollbewegung der Kugel keinen allzu großen Einfluss auf das Ergebnis hat.
A.1.2 Aufbau
Bild A.3: Schiefe Ebene im Museo Galileo in Florenz, Italien.
Die schiefe Ebene (Bild A.4) liefert genau diese Verlangsamung der Bewegung, indem nur ein Teil der Gewichtskraft des Körpers für die Abwärtsbewegung zur Verfügung steht. Zur Zeitnehmung verwendete Galilei ein Pendel. Er maß die Länge der Strecken, die von einer Kugel nach einer gewissen Anzahl von Pendelschwingungen zurückgelegt wurden.
A.1.3 Ergebnis
Nach einer Pendelschwingung rollte die Kugel eine bestimmte Strecke bergab. Nach der doppelten Zeit wurde der 4-fache Weg zurückgelegt, nach der dreifachen Zeit die 9-fache Strecke und so weiter. Galilei veränderte mehrmals den Steigungswinkel. Dabei stellte er zwar fest, dass sich die Geschwindigkeiten jeweils änderten, die zurückgelegten Strecken aber bei allen Versuchen proportional zur zweiten Potenz der benötigten Zeit waren (\(s\propto t^2\)). Daraus schlussfolgerte er, dass diese Gesetzmäßigkeit auch für den Neigungswinkel \(90^\circ\) gilt – also dem freien Fall.
Seine Experimente zeigten, dass für Fallbewegungen, bei denen der Luftwiderstand vernachlässigt werden kann, die Geschwindigkeit mit einer konstanten Beschleunigung zunimmt.
A.1.4 Historische Bedeutung
Die Galilei-Fallexperimente mit der schiefen Ebene sind die ersten dokumentierten Versuche, die nach der naturwissenschaftlichen Methode durchgeführt wurden. Die Ergebnisse sind in seinem Werk Discorsi mathematisch formuliert und gelten als Grundlage für die Arbeiten von Isaac Newton.
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