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Physikreferat
Raum: PP
Unterrichtszeit: sechste Stunde: 12:10 - 12:55 Uhr
Fachlehrer: Herr Jerusalem
Kurs: P 11/2
Thema: Der Wandel vom geozentrischen zum heliozentrischen Weltbild
Kurze Erklärung geo- und heliozentrisches Weltbild
Die Wandlung vom geozentrischen zum heliozentrischen Weltbild
Kurzbiographien: Nikolaus Kopernikus
Galileo Galilei
Johannes Kepler
Isaac Newton
Auswirkungen auf die Gesellschaft
Geozentrisch: griechisch: auf die Erde als Mittelpunkt bezogen
Heliozentrisch: griechisch: auf die Sonne als Mittelpunkt bezogen; heliozentrisches Weltbild von Kopernikus gelehrtes System mit der Sonne als Weltmittelpunkt.
Die Wandelung vom geozentrischen zum heliozentrischen Weltbild
Die Geschichte der Astronomie nahm im 16. Jahrhundert in Folge der Beiträge des polnischen Astronomen Nikolaus Kopernikus eine dramatische Wende. Nach seinen Studien an der Universität Kraków, die damals ein weltberühmtes Lehrzentrum für die mathematischen Fächer war, ging er 1496 nach Italien. Den größten Teil seines Lebens verbrachte Kopernikus mit Astronomie und entwarf einen neuen Sternenkatalog nach seinen persönlichen Beobachtungen. Kopernikus setzte sich kritisch mit der ptolemäischen Theorie eines geozentrischen Universums auseinander. Er wählte beispielsweise anstelle der Erde die Sonne als Zentralgestirn. Allerdings gelang es ihm nicht, mit seinem System bessere Voraussagen zu gewinnen, was u. a. Tycho Brahe dazu veranlasste, es zu verwerfen. Erst die Einführung der Ellipsenbahnen durch Johannes Kepler verhalfen dem heliozentrischen System zum Durchbruch.
Das kopernikanische System wurde von kirchlicher Seite angegriffen, das Werk später auf den Index gesetzt. Galileo Galilei fand Beweise, die es untermauerten. Schon lange bewunderte der italienische Mathematiker und Physiker die Arbeit von Kopernikus. Die Möglichkeit, die kopernikanische Theorie zu überprüfen, bot sich mit der Erfindung des Teleskops. Galilei baute 1609 einen kleinen Refraktor, richtete ihn gegen den Himmel und entdeckte die Venusphasen, die darauf hinwiesen, dass dieser Planet um die Sonne kreist. Er entdeckte auch vier Monde, die um den Jupiter kreisten. In der Überzeugung, dass wenigstens einige Himmelskörper nicht um die Erde kreisen, begann er das kopernikanische System in Wort und Schrift zu unterstützen. Seine offene Parteinahme für Kopernikus führte zu einem offenen Konflikt mit den Kirchenbehörden. 1633 zitierte man Galilei nach Rom vor ein Tribunal der Inquisition. Obwohl der Gelehrte - teilweise unter Folter - gezwungen wurde, seine Annahmen und Schriften zu widerrufen, konnte die Theorie nicht unterdrückt werden.
Das Kopernikanisches System war ein Modell des Sonnensystems mit der Sonne als Zentrum. Das kopernikanische System ist eine Weiterentwicklung und Zusammenfassung der Theorien, nach denen sich die Planeten auf Umlaufbahnen um die Sonne bewegen, dass die Erde einer dieser Planeten ist und dass sie sich einmal pro Tag von Westen nach Osten um ihre Nord-Süd-Achse dreht. Diese Hypothesen ersetzten das ptolemäische System, das bis dahin die vorherrschende astronomische Theorie war. Die Veröffentlichung des kopernikanischen Systems regte weitere astronomische und mathematische Untersuchungen an und war die Grundlage für wichtige Entdeckungen durch den deutschen Astronomen Johannes Kepler und den englischen Physiker Isaac Newton.
Vom wissenschaftlichen Standpunkt aus gesehen war die kopernikanische Theorie nur eine Neuanordnung der Planetenumlaufbahnen, die Ptolemäus erdacht hatte. Die alte griechische Theorie, dass sich Planeten auf kreisförmigen Bahnen mit festen Geschwindigkeiten bewegen, wurde im kopernikanischen System beibehalten. Von 1580 bis 1597 beobachtete der dänische Astronom Tycho Brahe Sonne, Mond und Planeten von seinem Insel-Observatorium bei Kopenhagen aus und später in Deutschland. Unter Verwendung der von Brahe zusammengestellten Unterlagen formulierte Johannes Kepler die Gesetze der Planetenbewegung. Nach Kepler kreisen die Planeten nicht in kreisförmigen Bahnen und nicht mit gleich bleibender Geschwindigkeit um die Sonne. Dies geschieht in elliptischen Bahnen und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Kepler fand auch heraus, dass die Abstände der Planeten von der Sonne von der Umlaufphase abhängen.
Der englische Physiker Isaac Newton brachte ein einfaches Prinzip ins Spiel, um die Kepler'schen Gesetze zu erklären. Er postulierte eine Anziehungskraft zwischen der Sonne und den einzelnen Planeten. Diese Kraft, die von den Massen der Sonne und der Planeten und von der Entfernung zwischen ihnen abhängig ist, liefert die Grundlage für die physikalische Interpretation der Kepler'schen Gesetze. Newtons Annahme wird als universelles Gravitationsgesetz bezeichnet.
Die drei Kepler'sche Gesetze handeln über die Bewegung der Planeten, die der deutsche Astronom und Gelehrte Johannes Kepler Anfang des 17. Jahrhunderts formulierte. Kepler leitete seine Gesetze von den Planetenangaben ab, die der dänische Astronom Tycho Brahe gesammelt hatte. Seine Thesen brachen mit dem jahrhundertealten Glauben, dass sich die Planeten auf kreisförmigen Umlaufbahnen bewegten. Dies waren Kernaussagen des ptolemäischen Systems und auch des kopernikanischen.
Laut Keplers erstem Gesetz bewegen sich die Planeten auf elliptischen Umlaufbahnen um die Sonne, wobei sich die Sonne in einem Brennpunkt der Ellipse befindet. Das zweite Gesetz sagt aus, dass die gerade Linie, die den Mittelpunkt des Planeten mit dem Mittelpunkt der Sonne verbindet, in gleichen Zeitabständen gleiche Flächen überstreicht. Mit anderen Worten ausgedrückt, je näher ein Planet der Sonne kommt, desto schneller bewegt er sich. Das dritte Kepler'sche Gesetz besagt, dass das Verhältnis des Quadrates der Umlaufzeit eines Planeten zu der dritten Potenz der großen Halbachse der Ellipsenbahn eines Planeten von der Sonne, a - d. h., T²/a³, ist für alle Planeten gleich.
Diese Gesetze spielten eine große Rolle für das Gravitationsgesetz von Sir Isaac Newton und sind wichtig für das Verständnis der Umlaufbahnen des Mondes und künstlicher Satelliten.
Newton'sches Gravitationsgesetz
Das Newton'sche Gravitationsgesetz, benannt nach dem englischen Physiker Sir Isaac Newton, besagt, dass die gravitationsbedingte Anziehung zwischen zwei Körpern direkt proportional ist zum Produkt der Massen der beiden Körper und indirekt proportional zum Quadrat ihrer Entfernung. Als algebraische Formel lautet das Gesetz,
wobei F die Gravitationskraft ist, m1und m2 die Massen der beiden Körper, r die Entfernung zwischen den Körpern und c die Gravitationskonstante. Der Wert dieser Konstante wurde erstmals von dem britischen Physiker Henry Cavendish 1798 mit Hilfe einer Drehwaage gemessen. Der zur Zeit genaueste Wert dieser Konstante liegt bei 0,0000000000667 Newton Quadratmeter pro Kilogramm zum Quadrat (6,67 10-11 Nm² / kg²). Die Gravitationskraft zwischen zwei kugelförmigen Körpern von je 1 Kilogramm Masse, deren Mittelpunkte 1 Meter voneinander entfernt sind, beträgt 0,0000000000667 Newton. Es handelt sich also um eine sehr kleine Kraft, die dem Gewicht eines Objekts mit der Masse von ungefähr 1/150 Kilogramm auf der Erde entspricht. Das Newton'sche Gravitationsgesetz ist vor allem für die Himmelsmechanik sehr wichtig geworden.
Mit Hilfe der Erfindung des Spiegelteleskops gelang es Newton noch genauere Sternenbeobachtungen durchzuführen, als es zuvor schon Galilei und Kopernikus mit einfachen Linsenteleskopen machen konnten.
Kurzbiographien
Nikolaus Kopernikus (* 19.02.1473; gest.: 24.05.1543) deutscher Astronom und Arzt
Ab 1491: Mathematische und astronomische Studien
1496-1500: Studium in Bologna über geistliches und weltliches Recht
1501: Studium in Padua und Ferrara, promoviert Studium in Medizin
1506-1512: Mitverwalter des Bistums Ermland
Ab 1512 Kanzler des Bistums
1529: Setzt sich für Münzreform ein
Leistungen: Revision der Lehre von den Planetenbewegungen, anhand von kritisch gesehenen Beobachtungen Grundlage für Kalenderreform
T kopernikanisches Weltbild: Sonne steht im Mittelpunkt, Planeten drehen sich in einer Kreisbahn um sie und um sich selbst
Galileo Galilei (*15.02.1564 gest.: 08.01.1642) italienischer Mathematiker und Philosoph
1584-1589: Studium in Pisa; wird dort mit den Schriften des Archimedes bekannt
1592: Professor der Mathematik in Padua
1608: Galilei baut das in Holland erfundene Fernrohr nach und benutzt es für astronomische Beobachtungen
1610: Er veröffentlicht erste Ergebnisse in seinem Buch Sternenbotschaft
Ab 1610: Erstmals öffentliche Auftritte: tritt für das kopernikanische Weltbild ein
Übereifer Galileis führt in den folgenden Jahren zu einem Verbot der kopernikanischen Lehre herbei Vermahnung Galileis
1618: Streit über die Flugbahn der Kometen Galilei verfasst den "Saggiatore" und widmet sie dem Papst
bis 1633: Starke, öffentliche Parteinahme für kopernikanisches Weltbild Prozess gegen Galilei endet mit Abschwörung und Verurteilung Galileis am 22.06.1633
(Zitat: "Und sie bewegt sich doch!")
Während seiner Haftzeit verfasst er, für die weitere Entwicklung der Physik wichtigstes Werk, die "Discorsi e Dimostrazione matematiche"( Die Unterhaltungen und Beweisführungen über zwei neue Wissenszweige, die Mechanik und die Lehre von den örtlichen Bewegungen, d.h. der freie Fall und der Wurf)
Leistungen: Erfindung des Proportionalzirkels; Fand die Gesetze für das Fadenpendel heraus und leitete hypothetisch die Fallgesetze ab.
Entdeckung der bergigen Natur des Mondes, des Sternenreichtums der Milchstraße,
der Phasen der Venus, der Jupitermonde und 1611 der Sonneflecken
Johannes Kepler (*27.12.1571 gest.: 15.11.1630) deutscher Mathematiker und Theologe
bis 1589: Besuch verschiedener Schulen(Latein- und Klosterschulen)
1589-1594: Studium der Theologie in Tübingen, wo er auch auf die Lehre des Kopernikus aufmerksam wird
1594: Landschaftsmathematiker und Lehrer an der evangelischen Schule in Graz
1594-1600: Erste Veröffentlichungen seiner Werke: u.a. die: "Mysterium Cosmographicum": Inhalt: " relative Abstände der Planeten von der Sonne mit den Halbmessern der den regelmäßigen Körpern ein- oder unbeschriebenen Kugeln in Zusammenhang zu bringen." enthält im Keim viele Gedanken, die Kepler später weiterführt
1600: Umzug nach Prag wird dort kaiserlicher Mathematiker und Hofastronom
1611: Schicksalsschlag: Verlust von Frau und Sohn
1612: Zieht nach Linz um
Vollendung seiner Werke
gerät in konfessionelle Streitigkeiten
rettet seine Mutter aus einem Hexenprozess
Leistungen: Vervollkommnung des kopernikanischen Weltbildes: Sonne steht im Mittelpunkt,
Planeten kreisen in Ellipsenbahnen um sie und drehen sich selbst; ihm gelingt die mechanische Erklärung der PlanetenlaufbahnenTstellt die später nach ihm benannten Gesetze der Planetenbewegungen auf (Keplerschen Gesetze)
Sir Isaac Newton (*04.01.1643 gest.:31.03.1727) englischer Physiker und Mathematiker
1661-1669: Studium in Mathematik am Tinity College in Cambridge
Ab 1669: Professor der Mathematik am Tinity College in Cambridge
1672: Newton wird geadelt Eintritt in die "Royal Society"
1698: Nach langer schwerer Krankheit wird Newton als Münzwardein nach London berufen
1699: "Master of the Mint" (Vorsitzender der Münzdruckerei); die Pariser Akademie wählt ihn zu einem von ihren acht Auswärtigen Mitgliedern
1703-1727: Vorsitzender der "Royal Society"
1704: Erste Veröffentlichungen seine optischen Untersuchungen
Leistungen: auf dem Gebiet der Experimentellen Optik, der theoretischen Mechanik und der höheren Mathematik; Verbesserung der Fernrohre(Spiegel- statt Linsenteleskop); Nominaldefinitionen, deren Sinngehalt sich erst im Zuge der Benutzung herausstellt T Newtonsche Axiome: Trägheitsprinzip, Aktionsprinzip, Reaktionsprinzip
Gekonnte Zusammenfassung der Leistungen seiner Vorgänger zu einem System der theoretischen Mechanik
Der Wandel vom geozentrischen zum heliozentrischen Weltbild wurde hauptsächlich durch die neuen sozialen Gedanken der Renaissance begünstigt. Die Loslösung von der Bibel als einzige Autorität für die Interpretation der weltlichen Erscheinungen erlaubte es den Menschen in diesem Zeitalter durch wissenschaftlichen Untersuchungen im Bereich der Natur neue Ergebnisse zu erlangen. Daher ist es logisch, dass es die Kirche war (Vertreter des geozentrischen Weltbilds), die gegen die neuen Erkenntnisse von Kopernikus, Galilei, Kepler und Newton angefochten hatte. Schon Kopernikus traf mit seinen Erkenntnissen auf kirchlichen Widerstand. Er widmete daher sein Buch "De revolutionibus orbium coelestium libri VI" dem damals regierenden Papst Paul III. Galilei begegnete ähnlichen Problemen, als er c.a 100 Jahre später mit seinen Lehren an die Öffentlichkeit tritt. Er wird vor ein Kirchentribunal zitiert und wird gezwungen seine Theorien, trotz Richtigkeit zu widerrufen.
Der Wandel vom geo- zum heliozentrischen Weltbild wirkte sich auf die Gesellschaft auf andere Weise aus. Die Ausweitung des Weltbildes, basierend auf den Erkenntnissen von Kopernikus führte zu einer Welle von Entdeckungsseefahrten, die die Landkarte rasant vergrößerten. So zum Beispiel die Entdeckungsreisen von Christoph Columbus oder Magalhaes.
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