Aristoteles (Ἀριστοτέλης) 384-322 v. Chr. war ein griechischer Philosoph und Wissenschaftler, der in der Stadt Stagira im klassischen Griechenland geboren wurde.

Mit 17 Jahren trat er in Platons Akademie in Athen ein und blieb dort bis zu seinem siebenunddreißigsten Lebensjahr (ca. 347 v. Chr.)

Seine Schriften umfassen viele Themen – darunter Physik, Biologie, Zoologie, Logik, Ethik, Poesie, Theater, Musik, Sprachwissenschaft und Politik. Sie stellen das erste umfassende System der westlichen Philosophie dar.

• Auszugsweise und in Anlehnung an Aristoteles. (2016, Oktober 20). Wikipedia, The Free Encyclopedia.

Aristoteles stellte 3 Gesetze der Bewegung auf, die auf Beobachtungen (aber nicht auf Experimenten) beruhen.

* Objekte am Himmel (die himmlische Sphäre) bewegen sich in kreisförmiger Bewegung, ohne dass eine äußere Kraft sie dazu zwingt.Objekte auf der Erde (der irdischen Sphäre) bewegen sich in geraden Linien, es sei denn, sie werden zu einer kreisförmigen Bewegung gezwungen.

Was ist mit Schieben und Ziehen?

Natürliche vs. unnatürliche Bewegung

Was würde also passieren, wenn eine Kanone eine Kanonenkugel abfeuert? Aristoteles nahm an, dass sie sich in einer geraden Linie bewegen würde (aufgrund der unnatürlichen Kraft) und dann gerade herunterfallen würde (aufgrund einer anderen, natürlichen Kraft.)

Für Aristoteles übernimmt, sobald die “gewaltsame Bewegung” (durch den Menschen) erloschen ist, die natürliche Bewegung die Führung, und dann fällt die Kanonenkugel an ihren natürlichen Ort, die Erde.

Doch wie Galielo in den 1500er Jahren zeigte, ist Aristoteles’ Ansicht überhaupt nicht korrekt. Jeder, der einen Bogenschützen dabei beobachtet, wie er einen Pfeil in die Luft schießt, wird sehen, dass dies nicht geschieht.

Die vertikale Bewegung nimmt langsam ab, erreicht den Nullpunkt (an der Spitze) und nimmt dann in der entgegengesetzten (abwärts gerichteten) Richtung zu.

Himmlische Kräfte gegen irdische Kräfte

Für irdische Objekte galten eigene Bewegungsgesetze. Man nahm an, dass irdische Objekte immer von selbst aufhören würden, sich zu bewegen.

* Objekte bewegen sich von Natur aus nur in geraden Linien.* Damit sich Objekte kreisförmig bewegen können, ist eine äußere Kraft erforderlich, die sie auf eine Kreisbahn zieht

Außerdem hat Aristoteles nie Experimente durchgeführt, so dass er nur sehr begrenzt beobachten konnte.Im Mittelalter führte Galileo (und andere) kontrollierte Experimente durch, deren Ergebnisse mit Hilfe der Mathematik analysiert wurden.

Galileo lernte kritisches Denken von seinem Vater Vincenzo

a. Wenn der Ball nach unten rollt, bewegt er sich mit der Schwerkraft der Erde und seine Geschwindigkeit nimmt zu.

c. Wenn der Ball auf einer ebenen Fläche rollt, bewegt er sich weder mit noch gegen die Schwerkraft.

b. Wenn sich der Winkel der Steigung verringert, rollt der Ball eine größere Strecke, bevor er seine Ausgangshöhe erreicht.

Galileos Schlussfolgerung wurde durch eine andere Argumentation gestützt.

Schiefe Ebene – Galileis Kampf um den Himmel PBS NOVA

Kugeln, Zylinder und Rohre rollen auf einer schiefen Ebene: Trägheitsmoment

Etwas Besonderes: Die Brachistochrone – die Kurve des schnellsten Abstiegs. Und die Tautochrone – die Kurve, für die die Zeit, die ein Objekt ohne Reibung bei gleichmäßiger Schwerkraft bis zu seinem tiefsten Punkt benötigt, unabhängig von seinem Ausgangspunkt ist.

Aristoteles’ Gesetze der Bewegung.

Auszug aus einer Vorlesung von Professor Michael Fowler, U. Va. Physics, 9.3.2008

http://galileoandeinstein.physics.virginia.edu/lectures/aristot2.html

Was Aristoteles in jenen Jahren in Athen erreichte, war der Beginn einer Schule organisierter wissenschaftlicher Forschung in einem Ausmaß, das alles Vorherige weit übertraf. Er definierte zunächst klar, was wissenschaftliche Erkenntnis ist und warum sie gesucht werden sollte. Mit anderen Worten, er hat die Wissenschaft als das kollektive, organisierte Unternehmen, das sie heute ist, im Alleingang erfunden. Platons Akademie hatte das Äquivalent einer mathematischen Universitätsabteilung, Aristoteles hatte die erste naturwissenschaftliche Abteilung, wirklich hervorragend in der Biologie, aber, wie wir sehen werden, ein wenig schwach in der Physik.

Nach Aristoteles gab es über 2.000 Jahre lang kein vergleichbares professionelles wissenschaftliches Unternehmen, und seine Arbeit war von solcher Qualität, dass sie von allen akzeptiert wurde und 2.000 Jahre später lange Teil der offiziellen Orthodoxie der christlichen Kirche war. Das war bedauerlich, denn als Galilei einige der Behauptungen über die einfache Physik in Frage stellte, geriet er schnell in ernsthafte Schwierigkeiten mit der Kirche.
Aristoteles’ Untersuchungsmethode:

Bestimmung des Gegenstands

Betrachtung der Schwierigkeiten, die damit verbunden sind, durch Überprüfung der allgemein anerkannten Ansichten zum Thema und der Vorschläge früherer Autoren

Darstellung seiner eigenen Argumente und Lösungen

Dies ist das Muster, dem moderne Forschungsarbeiten folgen, Aristoteles legte den professionellen Standardansatz für wissenschaftliche Forschung fest.

Aristoteles widerlegte oft ein gegnerisches Argument, indem er zeigte, dass es zu einer absurden Schlussfolgerung führte, dies nennt man reductio ad absurdum (etwas ad absurdum führen). Wie wir später sehen werden, hat Galilei genau diese Art von Argument gegen Aristoteles selbst verwendet, zum großen Ärger der Aristoteliker 2.000 Jahre nach Aristoteles.

Im Gegensatz zu Platon, der die einzige lohnende Wissenschaft in der Betrachtung abstrakter Formen sah, übte sich Aristoteles in der detaillierten Beobachtung und Sezierung von Pflanzen und Tieren, um zu verstehen, wie jedes einzelne in das große Schema der Natur passte und welche Bedeutung die verschiedenen Organe der Tiere hatten.

Es ist wichtig zu erkennen, dass die Welt, die Aristoteles im täglichen Leben um sich herum sah, ganz anders war als die, die wir heute sehen. Jedes moderne Kind sieht von Geburt an Autos und Flugzeuge, die sich bewegen, und findet bald heraus, dass diese Dinge nicht lebendig sind, wie Menschen und Tiere. Im Gegensatz dazu waren die meisten Bewegungen, die man im vierten Jahrhundert in Griechenland sah, Menschen, Tiere und Vögel, die alle sehr lebendig waren. Diese Bewegungen hatten alle einen Zweck: Das Tier bewegte sich aus irgendeinem Grund an einen Ort, an dem es lieber wäre, und die Bewegung wurde durch den Willen des Tieres gesteuert.

Für Aristoteles entsprach diese Bewegung daher der “Natur” des Tieres, so wie sein natürliches Wachstum der Natur des Tieres entsprach.

Um die Bewegung von Dingen zu erklären, die offensichtlich nicht lebendig sind, wie etwa ein Stein, der aus der Hand fällt, dehnte Aristoteles das Konzept der “Natur” von etwas auf unbelebte Materie aus. Er schlug vor, dass die Bewegung solcher unbelebten Objekte verstanden werden könnte, indem er postulierte, dass die Elemente dazu neigen, ihren natürlichen Platz in der Ordnung der Dinge zu suchen:

So bewegt sich die Erde am stärksten nach unten,
das Wasser fließt auch nach unten, aber nicht so stark, da ein Stein durch Wasser fällt.
Im Gegensatz dazu bewegt sich die Luft nach oben (Blasen im Wasser),
und das Feuer bewegt sich am stärksten nach oben, da es durch die Luft nach oben schießt.

Diese allgemeine Theorie über die Bewegung der Elemente muss natürlich ausgearbeitet werden, wenn sie auf reale Materialien angewendet wird, die Mischungen von Elementen sind. Er würde zu dem Schluss kommen, dass Holz sowohl Erde als auch Luft in sich hat, da es im Wasser nicht untergeht.

Natürliche Bewegung und gewaltsame Bewegung

Dinge bewegen sich auch, weil sie gestoßen werden. Die natürliche Tendenz eines Steins ist es, zu fallen, wenn er allein und ohne Unterstützung gelassen wird, aber wir können ihn anheben oder sogar durch die Luft werfen.

Aristoteles nannte eine solche erzwungene Bewegung “gewaltsame” Bewegung im Gegensatz zur natürlichen Bewegung.

Der Begriff “gewaltsam” bedeutet nur, dass eine äußere Kraft auf sie einwirkt.

Aristoteles war der erste, der quantitativ über die Geschwindigkeiten dieser Bewegungen nachdachte. Er machte zwei quantitative Aussagen darüber, wie Dinge fallen (natürliche Bewegung):

Schwerere Dinge fallen schneller, die Geschwindigkeit ist proportional zum Gewicht.

Die Fallgeschwindigkeit eines gegebenen Objekts hängt umgekehrt von der Dichte des Mediums ab, durch das es fällt.

Der gleiche Körper fällt also zum Beispiel doppelt so schnell durch ein Medium mit der halben Dichte.

Diese Regeln haben eine gewisse Eleganz, eine ansprechende quantitative Einfachheit. Und wenn man einen Stein und ein Stück Papier fallen lässt, ist es klar, dass das schwerere Ding schneller fällt, und ein Stein, der durch Wasser fällt, wird definitiv durch das Wasser gebremst, so dass die Regeln auf den ersten Blick plausibel erscheinen.

Das Erstaunliche ist, dass Aristoteles angesichts seiner sorgfältigen Beobachtungen so vieler Dinge diese Regeln nicht ernsthaft überprüft hat.

Es hätte nicht lange gedauert, um herauszufinden, ob zum Beispiel ein halber Ziegelstein mit der halben Geschwindigkeit eines ganzen Ziegelsteins fällt. Offensichtlich hielt er dies nicht für wichtig.

Aus der zweiten Behauptung oben schloss er, dass ein Vakuum nicht existieren kann, denn wenn es das täte, da es eine Dichte von Null hat, würden alle Körper mit unendlicher Geschwindigkeit hindurchfallen, was eindeutig Unsinn ist.

Für gewaltsame Bewegungen stellte Aristoteles fest, dass die Geschwindigkeit des sich bewegenden Objekts in direktem Verhältnis zur ausgeübten Kraft steht.

Das bedeutet zunächst, dass, wenn man aufhört zu schieben, das Objekt aufhört, sich zu bewegen.

Dies klingt sicherlich nach einer vernünftigen Regel, wenn man zum Beispiel
eine Kiste mit Büchern über einen Teppich schiebt oder einen Ochsen, der einen Pflug durch ein Feld zieht.

(Dieses intuitiv ansprechende Bild berücksichtigt jedoch nicht
die große Reibungskraft zwischen der Kiste und dem Teppich.
Wenn man die Kiste auf einen Schlitten stellt und sie über das Eis schiebt,
bleibt sie nicht stehen, wenn man aufhört zu schieben.
Jahrhundertelang später erkannte Galileo die Bedeutung der Reibung in solchen Situationen.)

Lernstandards

2016 Massachusetts Science and Technology/Engineering Curriculum Framework
HS-PS2-1. Analysieren Sie Daten, um die Behauptung zu stützen, dass Newtons zweites Bewegungsgesetz ein
mathematisches Modell ist, das die Veränderung der Bewegung (die Beschleunigung) von Objekten beschreibt, wenn
eine Nettokraft auf sie einwirkt.

HS-PS2-10(MA). Verwenden Sie Diagramme freier Körperkräfte, algebraische Ausdrücke und Newtons Bewegungsgesetze, um Änderungen der Geschwindigkeit und Beschleunigung für ein Objekt, das sich in einer Dimension in verschiedenen Situationen bewegt, vorherzusagen

Massachusetts History and Social Science Curriculum Framework

Die Wurzeln der westlichen Zivilisation: Antikes Griechenland, ca. 800-300 v. Chr.
7.34 Beschreiben Sie den Zweck und die Funktion der Entwicklung griechischer Institutionen wie des Lyzeums, des Gymnasiums und der Bibliothek von Alexandria, und nennen Sie die wichtigsten Errungenschaften der alten Griechen.

WHI.33 Fassen Sie zusammen, wie die wissenschaftliche Revolution und die wissenschaftliche Methode zu neuen Theorien über das Universum führten, und beschreiben Sie die Leistungen führender Persönlichkeiten der wissenschaftlichen Revolution, darunter Bacon, Kopernikus, Descartes, Galileo, Kepler und
Newton.

A FRAMEWORK FOR K-12 SCIENCE EDUCATION: Practices, Crosscutting Concepts, and Core Ideas
PS2.A: FORCES AND MOTION
Wie kann man vorhersagen, ob sich ein Objekt weiterhin bewegt, ob es sich verändert oder ob es stabil ist?

Interaktionen eines Objekts mit einem anderen Objekt können mit Hilfe des Konzepts der Kräfte erklärt und vorhergesagt werden, die eine Änderung der Bewegung eines oder beider interagierender Objekte bewirken können… Auf der Makroebene wird die Bewegung eines Objekts, das Kräften ausgesetzt ist, durch Newtons zweites Bewegungsgesetz bestimmt… Ein Verständnis der Kräfte zwischen Objekten ist wichtig, um zu beschreiben, wie sich ihre Bewegungen ändern, und um Stabilität oder Instabilität in Systemen auf jeder Ebene vorherzusagen.