Teorie popudu

Teorie impulsem (z latinského impuls = k tlačit dopředu, swing) je zastaralá teorie o „dynamické“ vysvětlení pohybu těles, která vznikla z křesťanské kritiky materialistického Aristotelian teorie pohybu . Impuls je nepodstatné (irelevantní) příčinou pohybu, nebo spíše duchovně zřejmé, „síla“, která se přenáší do těla, které mají být přesunuty tak, aby k dosažení jeho pohybu.

Ve středověku tvořila teorie popudu důležitý základ pro balistiku . V Classical Mechanics , na základě práce Isaaca Newtona , byl koncept popudu odstraněn a jeho význam částečně plynul do bezpříčinného setrvačného pohybu , hybnosti a kinetické energie .

Studie studentů prvního ročníku týkající se jejich chápání chování pohybujících se objektů ukázaly, že intuitivní vysvětlení velké části testovaných subjektů je stále velmi podobné teorii popudu.

Dějiny

O teorii popudu hovořil již v 6. století pozdně starověký řecký učenec Johannes Philoponos . Předchůdcem teorie byl ve 14. století také Franz von Marchia . Francouzský filozof Johannes Buridan brzy rozvinul teorii popudu dále. Dokonce i Galileo Galilei použil ve svých raných spisech a dokonce i v „Diskurzech“ popis padajících těl, který se přiblížil teorii impulsů, a Leonardo da Vinci popsal kruhové pohyby zpět ke konceptu Kreisimpetus. Newton používá výraz „impus“ v Principia jako projev své „setrvačné síly“, která udržuje pohyb nebo odpočinek.

Klasický příklad: balistické problémy

Dějiny

Dráha dělové koule podle rozšířené teorie impulsů

Teorie popudu, stejně jako aristotelská fyzika, předpokládala, že pohyb je možný pouze tehdy, pokud je aktivní příčina pohybu (v dnešní perspektivě síla ). Aby byl objekt stále v pohybu, měl by být neustále v pohybu jiným tělem. Tento předpoklad však znemožnil vysvětlení pohybu projektilů, protože po opuštění hlavně nemají žádný kontakt s jiným pevným tělem. Teorie popudu tento problém vyřešila převzetím nehmotné kauzální síly, která je na projektil vtlačena, když je vystřelena - popudem. Za účelem vysvětlení stálého zpomalení pohybu pozorovaného u skutečných objektů se dále předpokládalo, že impuls neustále klesá. Po vyčerpání podnětu by tělo mělo padat kolmo k zemi.

Dráha střely

do Avicenny

po Albertu von Rickmersdorf

Podle popisu perského filozofa Avicenny v 11. století se střela po opuštění zbraně pohybuje v přímce ve směru střelby, dokud není zcela spotřebován její počáteční podnět (A → B). Poté by se tělo mělo na krátký okamžik zastavit (bod B), aby poté pocítilo impuls směrem dolů kvůli své přirozené tíze, která způsobí jeho vertikální pád dolů (B → C).

Scholastic Albert von Rickmersdorf navrhl přesnější popis dráhy ve 14. století. Pohyb rozdělil do tří fází. Zpočátku je impuls tak vysoký, že převažuje nad přirozenou hmotností těla. Tělo se pohybuje po přímce (A → B). Se zmizením podnětu se vliv hmotnosti zvyšuje a kulka popisuje oblouk (B → C). Když je impuls vyčerpán, projektil padá kolmo k zemi (C → D).

Nejpozději s formulací principu setrvačnosti Pierra Gassendiho a experimenty, které provedl v 17. století, byla platnost teorie popudu vyvrácena.

Skutečná trajektorie

Aniž by s ohledem na vzduch síly na volné letící objekt ( povrchové tření , tvar aerodynamického odporu , aerodynamický vztlak nebo přítlaku ), trajektorie je trajektorie parabola . V případě pomalých předmětů je parabolický tvar do značné míry zachován, i když jsou brány v úvahu vzdušné síly (příklad: házení tenisového míčku z jedné ruky do druhé). Všechny jednotlivé vzdušné síly rostou přesně nebo téměř kvadraticky s rychlostí letu, takže celková síla (z čehož vyplývá i celkový odpor) se kvadraticky zvyšuje s rychlostí. Při vysokých rychlostech se překonáním odporu vzduchu ztrácí více kinetické energie a méně energie se přeměňuje na pohyb proti gravitaci ( potenciální energie ).

Tato skutečnost má dopad na konstrukci optimální dráhy letu nebo úhlu střelby střely. Rychlé skutečné předměty, jako jsou dělové koule , odhodený golfový míček, odhodený oštěp nebo diskem nebo kapky paprsku tlakové vody, se pohybují po trajektoriích podobných těm, které lze podle teorie popudu očekávat. Maximální vzdálenosti není dosaženo při odpalovacím úhlu 45 °, jak lze vypočítat pro střely bez vzdušných sil, ale při menších úhlech, konkrétně čím menší jsou úhly, tím vyšší je rychlost vypouštění a menší hmotnost objektu ve vztahu k průřezové ploše je. V tomto ohledu poskytuje teorie popudu - i když fakticky nesprávnou - často užitečné přibližné řešení toho, co lze pozorovat pouhým okem nebo jednoduchými záznamy trajektorie (např. Čára vlhkosti na stříkané, svislé stěně).

literatura

• Michael McCloskey: Teorie impulsů a intuice ve fyzice. In: Spectrum of Science: Newtons Universum , Heidelberg 1990, ISBN 3-89330-750-8 , s. 18.
• Ed Dellian: Znamená kvantová mechanika koncept podnětu? , Physics Essays 3 č. 4 (1990), s. 365.
• Klaus Hentschel : K koncepční a problémové historii „Impetus“, Hamid Reza Yousefi a Christiane Dick (eds.) Riziko nového. Kontexty a omezení vědy , Nordhausen: Bautz 2009, s. 479–499.
• Michael Wolff : Historie teorie impulsu. Vyšetřování původu klasické mechaniky . Frankfurt: Suhrkamp, ​​1978.

Individuální důkazy

1. ↑ A. Caramazza, M. McCloskey, B. Green: Naivní víry v „sofistikované“ předměty: Mylné představy o trajektoriích objektů. In: Cognition 9 (2), 1981, s. 117-123.
2. ↑ Edgar Fieberg: Intuitivní znalost zákonů pohybu: Vývojové psychologické vyšetřování intuitivních znalostí v akci, vnímání a úsudku . Waxmann Verlag, 1998, ISBN 978-3-89325-646-4 . 
3. ^ Isaac Newton, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (IB Cohen, ed.), Berkeley: University of California Press 1999