Impetustheorie

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Die Impetustheorie (von lateinisch impetus = das Vorwärtsdrängen) ist eine überholte Theorie zur Beschreibung der Bewegung von Körpern, die aus einer mittelalterlichen Kritik der Aristotelischen Bewegungslehre hervorging. In den drei Jahrhunderten vor der Einführung der Newtonschen Mechanik durch Isaac Newton wurde die Theorie von vielen Philosophen vertreten, bis sie schließlich von dieser abgelöst wurde. Im Mittelalter bildete sie eine wichtige Grundlage der Ballistik.

Geschichte[Bearbeiten]

Flugbahn einer Kanonenkugel gemäß erweiterter Impetustheorie
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Die Impetustheorie ging wie die Aristotelische Physik davon aus, dass eine Bewegung nur möglich sei, solange eine entsprechende Kraft wirke. Um einen Gegenstand in Bewegung zu halten, sollte dieser unter dem ständigen Einfluss einer Kraft stehen. Laut der Aristotelischen Physik sollte diese Kraft von außen auf den Körper wirken. Diese Annahme machte es jedoch unmöglich, die Bewegung von Geschossen zu erklären, da auf diese nach Verlassen des Gewehrlaufes keine äußere Kraft mehr wirken konnte. Die Impetustheorie umging dieses Problem durch die Annahme einer inneren Kraft, die dem Geschoss beim Abschuss aufgeprägt wird – dem Impetus. Um die bei realen Gegenständen beobachtete stetige Verlangsamung der Bewegung zu erklären, nahm man weiterhin an, dass der Impetus stetig abnimmt. War der Impetus aufgebraucht, sollte der Körper senkrecht zu Boden fallen.

Flugbahn eines Geschosses nach Avicenna

Laut der Beschreibung des persischen Philosophen Avicenna im 11. Jahrhundert bewegt sich ein Geschoss nach Verlassen des Geschützes so lange geradlinig in Abschussrichtung, bis sein anfänglicher Impetus vollständig verbraucht ist (A→B). Danach soll der Körper für einen kurzen Augenblick zum Stillstand kommen (Punkt B), um anschließend durch seine natürliche Schwere einen Abwärtsimpetus zu erfahren, wodurch dieser senkrecht nach unten fällt (B→C).

Flugbahn eines Geschosses nach Albert von Rickmersdorf

Der Scholastiker Albert von Rickmersdorf schlug im 14. Jahrhundert eine etwas genauere Beschreibung der Flugbahn vor. Er teilte die Bewegung in drei Phasen ein. Anfangs sei der Impetus so hoch, dass er die natürliche Schwere des Körpers überwiege. Der Körper bewege sich auf einer Geraden (A→B). Mit dem Verschwinden des Impetus steige der Einfluss des Gewichtes und das Geschoss beschreibe einen Bogen (B→C). Ist der Impetus verbraucht, falle das Projektil senkrecht zu Boden (C→D).

Die Impetustheorie wurde bereits im 6. Jahrhundert von dem spätantiken griechischen Gelehrten Johannes Philoponos diskutiert. Der französische Philosoph Jean Buridan entwickelte die Impetustheorie dann später entscheidend weiter. Auch Galileo Galilei verwendete in seinen frühen Schriften eine Beschreibung von fallenden Körpern, die der Impetustheorie nahe kam, und Leonardo da Vinci griff zur Beschreibung von Kreisbewegungen auf das Konzept des Kreisimpetus zurück.

Tatsächliche Flugbahn[Bearbeiten]

Ohne Berücksichtigung der Luftkräfte auf ein frei fliegendes Objekt (Oberflächenreibung, Formwiderstand, aerodynamischer Auf- oder Abtrieb) ist die Flugbahn eine Wurfparabel. Bei langsamen Objekten bleibt die Parabelform auch bei Berücksichtigung der Luftkräfte weitgehend erhalten (Beispiel: Wurf eines Tennisballs von einer Hand in die andere). Alle einzelnen Luftkräfte wachsen jeweils exakt oder annähernd quadratisch mit der Fluggeschwindigkeit, so daß auch die Gesamtkraft (resultierend auch der Gesamtwiderstand) quadratisch mit der Geschwindigkeit zunimmt. Bei hohen Geschwindigkeiten geht also mehr kinetische Energie durch die Überwindung des Luftwiderstandes verloren, und es wird weniger Energie in die Bewegung gegen die Schwerkraft umgewandelt (potenzielle Energie).

Dieser Umstand hat Auswirkungen auf die Gestaltung der optimalen Flugbahn beziehungsweise des Abschußwinkels eines Geschosses. Schnelle reale Objekte, wie beispielsweise Kanonenkugeln, ein abgeschlagener Golfball, ein geworfener Speer oder Diskus oder die Tropfen eines Druckwasserstrahls, bewegen sich auf Flugbahnen, wie sie ähnlich nach der Impetustheorie zu erwarten sind. So wird die maximale Weite nicht bei einem Abschusswinkel von 45° erreicht, wie er für Geschosse ohne Luftkräfte errechnet werden kann, sondern bei kleineren Winkeln, und zwar umso kleiner Winkeln, je schneller die Abschußgeschwindigkeit und je kleiner die Masse des Objekts im Verhältnis zur Querschnittsfläche ist. Insofern erklärt die Impetustheorie ausreichend genau, aber sachlich falsch, was mit bloßem Auge oder einfachen Flugbahnaufzeichnungen (z.B. Feuchtigkeitslinie an einer angespritzen, senkrechten Wand) beobachtet werden kann.


Literatur[Bearbeiten]

  • Michael McCloskey: Impetustheorie und Intuition in der Physik. In: Spektrum der Wissenschaft: Newtons Universum, Heidelberg 1990, ISBN 3-89330-750-8, S. 18.
  • Michael Wolff: Geschichte der Impetustheorie. Untersuchungen zum Ursprung der klassischen Mechanik. Frankfurt: Suhrkamp, 1978.
  • Klaus Hentschel: Zur Begriffs- und Problemgeschichte von 'Impetus', in Hamid Reza Yousefi und Christiane Dick (Hrsg.) Das Wagnis des Neuen. Kontexte und Restriktionen der Wissenschaft, Nordhausen: Bautz 2009, S. 479–499.