Wat zijn mogelijke concepten bij deze context?

Het traagheidsbeginsel als een abstract wetenschappelijk concept

Een gedachte-experiment laat vaak toe om de logica van de natuur op het spoor te komen ideale omstandigheden die experimenteel moeilijk of niet toegankelijk zijn. Stel dat je een helling hebt waarvan je een bal laat vanaf rollen. Stel dat je aan de andere kant de bal een tweede helling terug laat oplopen.

De bal zal bij het oplopen van de tweede helling wat vertragen tot hij even hoog komt als hij op de eerste helling vertrokken is. Maak de tweede helling dan minder steil dan de eerste. Dan zal de bal minder vertragen en verder doorrollen, totdat hij weer tot stilstand komt, even hoog als hij vertrokken is. Uiteindelijk maak je de 2^de helling gewoon vlak: de bal zal niet meer vertragen en eeuwig doorrollen.

Doordat Galilei geloofde in de interne logica van de natuur, was hij bereid dit traagheidsbeginsel als fundamenteel waar te aanvaarden. Dat we ballen toch niet eeuwig zien doorrollen is geen natuurwet, maar te wijten aan een externe invloedsfactor: de wrijvingskracht die de bal afremt. Was die er niet dan zou de bal inderdaad eeuwig blijven doorrollen. We zien dus hetzelfde experiment als Aristoteles, maar we interpreteren het anders tegen een consistentere theorie, verder van onze indrukken, maar korter bij de logica van de natuur.

Verklaring van cohesie

Om te verklaren dat de moleculen van een stof bijeengehouden worden, moet men een aantrekkingskracht aannemen tussen de moleculen waaruit de stof bestaat. Van welke aard is deze kracht? Laten we eens kijken welke soorten aantrekkende krachten we kennen. Gravitatie, elektrische en magnetische krachten. Welke zou het meest plausibel zijn?

De veronderstelling dat er dat er een aantrekkingskracht is tussen verschillende moleculen in een stof en dat die elektrisch is van aard is een aannemelijke hypothese omdat dit consistent is met bv.:

• We kunnen een stof laden bv. door wrijving bv. door wrijving geladen plastieken staaf waarmee we papiersnippers aantrekken. Er bestaat elektrische aantrekking en afstoting. Er moeten dus wel elektrische ladingen in een stof zitten.
• Het atoommodel veronderstelt lading in de stof: positieve lading in de kern (protonen), negatieve lading in de elektronen errond.
• ….

Nemen we als voorbeeld water.

Een watermolecule H₂O bestaat uit 1 zuurstofatoom en 2 waterstofatomen. Het zuurstofatoom trekt de elektronenwolken wat meer naar zich toe dan het waterstofatoom. Daardoor is het watermolecule aan de ene kant eerder + en aan de andere kant eerder -. Dit veroorzaakt het aaneenklitten van water (waterstofbruggen) . Bv. in een waterdruppel.  Cohesiekrachten zijn dus elektrische aantrekkingskrachten.

Dat waterdeeltjes aan elkaar vastplakken (cohesiekrachten bv. in een waterdruppel), kan begrepen worden door de elektrische aantrekking      (Bron: Unesco, Water the basics,  2005) 

Brainpop

Directe waarnemingen leiden niet altijd zomaar tot de juiste fysica

1. Heeft een lichaam de neiging om tot rust te komen?

Experiment: Rol een knikker over de tafel.

Waarneming: Na een tijd komt die tot stilstand.

Besluit: Een lichaam waar geen kracht op inwerkt,  komt tot stilstand.

Moet je een kracht blijven uitoefenen op een lichaam om het in beweging te houden?

Ook hier laat het dagelijks leven schijnbaar zien dat dit waar is.

Waarom nemen we dan in de wetenschappen precies het omgekeerde aan: het is toch een paradoxaal idee dat een lichaam de neiging heeft om in beweging te blijven terwijl je zo duidelijk in de buitenwereld ziet dat een lichaam juist de neiging heeft om tot rust te komen. De omkering van het principe (t.o.v. Aristoteles) is een verdienste van Galilei (beschreven in zijn 'Dialogo' ).

2. Vallen zware voorwerpen sneller dan lichte?

Natuurlijk! Je ziet het toch alle dagen voor je: een loden knikker valt sneller dan een pluimpje. De wetenschappen bouwt toch verder op experimenten, dus dit is eenvoudig te bewijzen.

Besluit: Uit experimenten blijkt dat zware voorwerpen sneller vallen dan lichte.

Maar is dit waar?

De mensheid ziet de maan al miljoenen jaren aan de hemel staan en appels vallen ook al lang maar men heeft daarmee nog geen mechanica van Newton die de beweging van de maan rond de aarde en het vallen van appels kan verklaren met dezelfde principes!

Newton verklaarde het vallen van de appel en de beweging van de maan om de aarde vanuit eenzelfde gravitatiewet.

Wat zijn de bewegingswetten waaraan de bewegingen van alle dingen moeten voldoen? Zijn er fundamentele wetten in de natuur waaraan zowel de bewegingen van vallende appels als de bewegingen van hemellichamen, moeten voldoen?

Voor de mens lijken vallende appels en de omwenteling van hemellichamen alvast 2 fenomenen die niet zo gek veel met elkaar te maken hebben. Newton verenigde ze echter door een universele zwaartewet aan te nemen.

Newtons theorie voorspelde dat het mogelijk zou zijn om een kanonskogel (als hij maar snel genoeg zou weggeschoten worden) in een baan om de aarde te brengen. Hij redeneerde als volgt: Veronderstel dat men in horizontale richting een kogel afschiet van een toren of een berg. De kogel volgt een kogelbaan en valt op enige afstand van de toren op de grond. Hoe harder men de kogel schiet, hoe verder hij van de toren weg komt. Maar, bij een grotere afstand begint het aardoppervlak merkbaar te krommen; ze kromt als het ware van de vallende kogel weg. Bij afwezigheid van luchtweerstand moet het mogelijk zijn om de kogel zo hard weg te schieten dat hij net zo snel valt als de aarde onder de kogel ‘weg kromt’. In dat geval bereikt de kogel aan de andere kant weer de toren…

Precies dat doet de maan. Ze valt naar de aarde toe, maar door haar horizontale snelheid kromt het aardoppervlak steeds onder haar weg tijdens de val, en bereikt ze nooit het oppervlak: de maan is in een baan om de aarde.