Physik in der Antike…hmmmm……müsste es nicht heißen…Physik aus der Antike!!!

Doch woher kommt diese sogenannte Physik? Die Antwort ist……es gibt einen Mann……oder besser ein Genie… …ein Superhirn…

…einer der früher schon mehr wusste als manche heutzutage wissen…

…diesem Mann haben wir alles zu verdanken!!!

Archimedes

Wer war Archimedes?

Wann hat er gelebt?

Wo hat er gelebt?

Und was hat dieser Archimedes denn so Tolles entdeckt………er wird ja wohl nicht genialer sein als so manche moderne Physiker?!

………..oder doch……….?

Archimedes

Wer war Archimedes?

Wo hat er gelebt?

Wann hat er gelebt?

•Archimedes lebte von 285 – 212 v. Chr. in Griechenland

•Er ist in Syrakus geboren und dort wurde er auch getötet

•Er war Mathematiker, Physiker, Philosoph und Erfinder

•Er wurde von einem Römer erschlagen, der ihn nicht kannte

Archimedes

……Aha! Er war also Physiker…….

…doch was hat er entdeckt???

Was hat Archimedes entdeckt?

Archimedes hat z.B. die „Hebelgesetze“ entdeckt!

…………..was waren noch mal „Hebelgesetze“???

Hebel sind sogenannte „einfache Maschinen“ und die Hebelgesetze des Archimedes liefern den Meilenstein der heutigen Mechanik. Bei einem Hebel überträgt man eine Kraft auf ein anderes Objekt und kann somit auch an Stellen Kräfte wirken lassen, die sonst nur schwer erreichbar wären. Jeder benutzt täglich Hebel bei z.B. Türklinken, Flaschenöffnern, Schraubenschlüsseln, Nussknackern etc. man unterscheidet dabei auch noch in einseitigen und zweiseitigen Hebeln. Als einseitigen Hebel werden Hebel bezeichnet, die nur einen „Arm“ haben wie z.B. Türklinken. Zweiseitige Hebel jedoch sind solche, die zwei „Arme“ haben und einen „Drehpunkt“. Ein Beispiel wäre ein Stock unter dem ein kleiner Stein liegt ( Drehpunkt) und ein Ende steckt unter einem großen Felsblock.

Zweiseitiger Hebel:Einseitiger Hebel:

Es ergibt sich folgender Zusammenhang:

Kraft mal Kraftarm ist gleich Last mal Lastarm

( Lastarm ist die Seite am Hebel, an der die Kraft wirkt)

( Kraftarm ist die Seite am Hebel, an der die Last liegt)

Der „Hebel“

Archimedes

…naja gut……das ist ja schon mal eine sehr gute Erfindung……denn versucht mal…

…ein Bier ohne „Hebel“ zu öffnen…

…und das war nicht die einzige Entdeckung…

Archimedes

Was hat Archimedes entdeckt?

Archimedes hat auch die „Dichte“ als Stoffeigenschaft entdeckt…

…doch zunächst gibt es eine kleine Geschichte darüber…

König Hieron II von Syrakus wollte einst eine Krone aus purem Gold geschmiedet haben. Also gab er einem Goldschmied die Aufgabe diese Krone für ihn zu schmieden. Doch er war sich nicht sicher ob der Goldschmied ihn nicht betrügen würde und Silber dazumischen würde. Er beauftragte Archimedes eine Methode zu finden um zu prüfen ob die Krone echt sei ohne sie zu beschädigen. Archimedes brauchte zunächst einmal Zeit zum nachdenken und ging ins Badezimmer, wo er ein schönes Bad nahm. Dabei merkte er, dass sein Körper das Wasser aus der Badewanne verdrängt. Er war so aufgeregt, dass er nackt aus der Wanne sprangt, auf die Straße lief und laut „Heureka“( Ich hab es!) rief.

Er machte dann anschließend den Versuch mit der Krone und einem Goldbarren mit gleichem Gewicht und prüfte ob beides gleich viel Wasser verdrängt. Er kam zu dem Schluss, dass die Krone aus einer Gold-Silber-Legierung bestand. So war klar, dass der König betrogen wurde. Jedoch wusste früher keiner, dass diese Entdeckung noch Jahrhunderte später von Bedeutung ist.

…damit hat Archimedes die „Dichte“ eines Stoffes entdeckt…

…doch was genau ist die „Dichte“ eines Stoffes?

Man sagt ja, Federn seien leichter als Eisen. Dies klingt auch sehr schlüssig, doch was steckt hinter dieser Aussage? Damit ist gemeint, dass, wenn beide Stoffe das gleiche Volumen V haben und sich am gleichen Ort befinden, das Gewicht von Eisen größer ist. Das Gewicht eines Stoffes hängt also vom Ort und vom Volumen ab. Um also herauszufinden, ob man einen Stoff aus „reinem“ Material hat (wie in der Geschichte), muss man herausfinden, wie viel Masse des Stoffes auf 1 cm³ verteilt ist. Die daraus resultierende Größe ist die „Dichte“ ρ.

Zusammenfassend halten wir fest:

Der Quotient aus der Masse m und dem Volumen V eines homogenen Körpers heißt Dichte ρ.              

Dichte = Masse/Volumen oder kurz ρ= m/V

Die „Dichte eines Stoffes“

Archimedes

…und für was……ist das bitte gut…?…die Antwort kommt……jetzt…!!!

Archimedes

Was hat Archimedes entdeckt?

Archimedes hat nämlich auch das „Archimedische Prinzip“ entdeckt

…..das war noch gleich….?

Das „Archimedische Prinzip“ ist der Effekt, der selbst tonnenschwere Schiffe schwimmen lässt. Diese Schiffe schwimmen auf Grund ihrer Auftriebskraft. Diese Kraft drückt das Schiff quasi noch oben. Die Frage ist nur wieso ein Stein, der viel leichter ist, einfach so untergeht. Dieses Phänomen lässt sich folgendermaßen erklären: Die Auftriebskraft, die einen Körper nach oben drückt ist in jedem Fall gleich der Gewichtskraft, der durch diesen Körper verdrängten Masse. Das heißt ein Schiff, das viel Wasser verdrängt, schwimmt im Vergleich zu einem Stein, der wenig Wasser verdrängt. Natürlich hängt die Menge der verdrängten Masse auch von der Dichte des Stoffes ab, der sie verdrängt. Das selbe Prinzip gilt auch bei Gasen, wodurch z.B. Luftschiffe oder Ballons aufsteigen.

Die Ursache für den Auftrieb ist der Druckunterschied zwischen ober- und Unterseite des eingetauchten Körpers. Die Kräfte, die an den Seiten wirken, spielen keine Rolle, weil sie sich gegenseitig aufheben. Logischerweise wirkt auf den untere Teil des Körpers eine größere Kraft als auf den oberen und dies erzeugt dann einen Druckunterschied. Da jedes physikalische System immer einen Druckausgleich anstrebt, muss der Körper also so lange nach oben gedrückt werden bis die Druckverhältnisse ausgeglichen sind.

Als Formel zusammengefasst kommt man auf folgenden Schluss:

FAuftrieb = mwasser • gWenn man die Formel für die Dichte nach m umformt und dies in

die obere Einsetzt kommt man auf folgende Gleichung:

FAuftrieb = Vverdrängt • ρwasser • gF…Auftriebskraft

V…Volumen der verdrängten Masse

ρ…Dichte der verdrängten Masse (Wasser in dem Fall)

g…Gravitationsbeschleunigungskonstante ( Schwerkraft)

Das „Archimedische Prinzip“

Archimedes

…das waren ja alles „nur“ Entdeckungen……aber was hat er denn

bitte erfunden…?

Archimedes

Was hat Archimedes erfunden?

…er hat zum Beispiel die „Archimedische Schraube“ erfunden…

Die „Archimedische Schraube“

Eine Archimedische Schraube ist eine Pumpe, mit der man Flüssigkeiten entgegen der Schwerkraft pumpen kann. Wegen ihrer Form wird sie auch Schneckenpumpe genannt.

Das Prinzip ist sehr einfach. Man bedient eine Kurbel und dadurch dreht sich die Schraube wodurch am unteren Ende der Schraube eine Art Schaufel die Flüssigkeit greift……und nach oben zur nächsten Schaufel weiterschiebt bis die Flüssigkeit ganz nach oben gelangt ist.Die „Archimedische Schraube“ wurde früher und wird

teilweise heute noch (z. B. in Ägypten) zur Bewässerung eingesetzt (üblicherweise angetrieben durch eine Windmühle oder durch Tierarbeit). Außerdem wird sie heute noch in Klärwerken zum Schmutztransport verwendet, auf Grund ihrer guten Stabilität. Der Nachteil der Archimedische Schraube ist, dass sie das Wasser nur transportieren kann, wenn genügend Wasser vorhanden ist. Ist dies nicht der Fall, z.B. wenn der Grundwasserspiegel sinkt, kann kein Wasser mehr gefördert werden.

Archimedes

Archimedes

…aha…und was hat er noch erfunden…?…das kann ja nicht…

…schon alles gewesen sein…

Archimedes

Was hat Archimedes erfunden?

…auch der „Flaschenzug“ geht auf das Konto des Archimedes…

Der „Flaschenzug“

Ein „Flaschenzug“ ist ebenfalls eine der sogenannten einfachen Maschinen. Der Sinn, der Maschine ist die aufzubringende Kraft um einen Gegenstand zu bewegen zu reduzieren.

Die Funktionsweise ist simpel. Man zieht einen Gegenstand, der an einem Seil befestigt ist, über eine oder mehrere Rollen und verringert somit die aufzubringende KraftDas Prinzip des Zuges beruht wiederum auf den Hebelgesetzen und der Goldenen Regel der Mechanik, die besagt……was man an Kraft spart, muss man an Weg zulegen….

Denn wenn man eine lose Rolle in den Zug einbaut, verlängert sich das Seil um das doppelte aber die Kraft wird halbiert. Bei zwei Rollen wird das Seil vervierfacht und die Kraft geviertelt usw.

Normalerweise besteht ein Flaschenzug aus losen und festen Rollen. Durch die unterschiedlichen Größen und unterschiedlich gelagerten Rollen (abwechselnd lose und feste Rollen) ist gewährleistet, dass die Seilstücke parallel zueinander verlaufen und sich nicht aneinander reiben. Die festen Rollen sind an einem Gestell fixiert und bewegen sich nicht. Die losen Rollen hängen an dem Seil und ändern somit ihre Lage. Auch für den waagerechten Einsatz kommen Flaschenzüge in Verbindung mit einer Seilwinde zur Anwendung. Theoretisch könnte man den Kraftaufwand soweit reduzieren, dass eine Ameise einen Elefanten mittels Flaschenzug hochheben könnte. Dem stehen aber viele Hindernisse entgegen…

1. Der Platzbedarf für den Flaschenzug ist nicht realisierbar

2. Die Weg-Strecke der Seile würde so lang werden, dass die Ameise es in einem Leben nicht schaffen würde diese zu überwinden

3. Die Ameise müsste das Eigengewicht der Rollen mit anheben und diese Kraft würde sie wohl kaum aufbringen

4. Da die Rollen nie ganz reibungsfrei sind, wird ein Teil der Arbeit in Reibungswärme umgesetzt. Bei einer bestimmten Rollenzahl zehrt diese die ganze aufgewendete Energie auf, woraufhin die Ameise nicht mehr vorwärts kommt.

…war das etwa alles…?…nur eine Pumpe…

Archimedes

…und einen Flaschenzug…?…falsch…!

…wahrscheinlich hat er noch….

…viel mehr geniales erfunden…

Was hat Archimedes noch alles gemacht?

…es wird vermutet, dass Archimedes noch eine ganze Menge militärischer Maschinen wie zum Beispiel…

…den sogenannten „Greifer des Archimedes“, eine Art Kran, der feindliche Schiffe in Hafennähe greift…

…erfunden hat.

…oder einen Brennspiegel um feindliche Schiffe in Brand zu setzen…

Archimedes

…außerdem hat er sich noch mit der Kreiszahl π beschäftigt und auch schon erste Ansätze zur Integralrechnung

geliefert…

…ein ganz schön schlauer Mensch…

…dieser Archimedes…

…und ohne ihn……hätte so mancher Physiker…

…eine Menge Probleme gehabt…!

Archimedes

Quellenangabe

http://de.wikipedia.org/wiki/Archimedes

http://home.t-online.de/home/099191080-0002/archimedes_physik.htm

http://www.heureka-leipzig.de/Archimedes/body_archimedes.html

http://www.kl.unibe.ch/kl/ipsla/2001_02/s2/Physiker/Archimedes.htm

http://www.anderegg-web.ch/phil/archimedes.htm

http://hometown.aol.de/astbadabbach/Archimedes.html

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Dustin Render

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