Die vergessenen Experimente von Leonardo da Vinci erforschten die Schwerkraft als eine Form der Beschleunigung

Ingenieure von Caltech haben herausgefunden, dass Leonardo da Vincis Verständnis der Schwerkraft – wenn auch nicht ganz genau – seiner Zeit Jahrhunderte voraus war.

In einem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Leonardostützen sich die Forscher auf einen neuen Blick auf eines von da Vincis Notizbüchern, um zu zeigen, dass der berühmte Universalgelehrte Experimente entwickelt hatte, um zu demonstrieren, dass die Schwerkraft eine Form der Beschleunigung ist – und dass er die Gravitationskonstante mit einer Genauigkeit von etwa 97 Prozent weiter modelliert hat.

Da Vinci, der von 1452 bis 1519 lebte, war bei der Erforschung dieser Konzepte der Kurve weit voraus. Erst 1604 stellte Galileo Galilei die Theorie auf, dass die von einem fallenden Objekt zurückgelegte Strecke proportional zum Quadrat der verstrichenen Zeit sei, und erst im späten 17. Jahrhundert erweiterte Sir Isaac Newton dies, um ein Gesetz der universellen Gravitation zu entwickeln. beschreibt, wie Objekte voneinander angezogen werden. Da Vincis größte Hürde bestand darin, durch die ihm zur Verfügung stehenden Werkzeuge eingeschränkt zu werden. Zum Beispiel fehlte ihm ein Mittel, um die Zeit genau zu messen, wenn Objekte fielen.

Da Vincis Experimente wurden erstmals von Mory Gharib, dem Hans W. Liepmann-Professor für Luftfahrt und Medizintechnik, im Codex Arundel entdeckt, einer Sammlung von Papieren, die von da Vinci verfasst wurden und sich mit Wissenschaft, Kunst und persönlichen Themen befassen. Anfang 2017 untersuchte Gharib da Vincis Techniken der Flussvisualisierung, um sie mit Studenten zu diskutieren, die er in einem Graduiertenkurs unterrichtete, als er im neu veröffentlichten Codex Arundel eine Reihe von Skizzen bemerkte, die Dreiecke zeigten, die durch sandähnliche Partikel erzeugt wurden, die aus einem Glas strömten , welche kann mit freundlicher Genehmigung der British Library online eingesehen werden.

„Was mir ins Auge fiel, war, als er ‚Equatione di Moti‘ auf die Hypotenuse eines seiner skizzierten Dreiecke schrieb – jenes, das ein gleichschenkliges rechtwinkliges Dreieck war“, sagt Gharib, Hauptautor des Leonardo Papier. „Ich interessierte mich dafür, was Leonardo mit diesem Satz meinte.“

Um die Notizen zu analysieren, arbeitete Gharib mit den Kollegen Chris Roh, damals Postdoktorand am Caltech und heute Assistenzprofessor an der Cornell University, sowie Flavio Noca von der Fachhochschule Westschweiz in Genf zusammen. Noca lieferte Übersetzungen von da Vincis italienischen Notizen (geschrieben in seiner berühmten linkshändigen Spiegelschrift, die von rechts nach links liest), während das Trio über den Diagrammen des Manuskripts brütete.

In den Papieren beschreibt da Vinci ein Experiment, bei dem ein Wasserkrug auf einem geraden Weg parallel zum Boden bewegt wird und dabei entweder Wasser oder ein körniges Material (höchstwahrscheinlich Sand) ausschüttet. Seine Notizen machen deutlich, dass er sich bewusst war, dass das Wasser oder der Sand nicht mit konstanter Geschwindigkeit fallen, sondern beschleunigt werden würde – auch, dass das Material horizontal nicht mehr beschleunigt, da es nicht mehr vom Krug beeinflusst wird, und dass seine Beschleunigung rein ist aufgrund der Schwerkraft nach unten.

Wenn sich der Krug mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, ist die Linie, die durch fallendes Material entsteht, vertikal, sodass sich kein Dreieck bildet. Wenn der Krug mit konstanter Geschwindigkeit beschleunigt, bildet die durch die Ansammlung von fallendem Material erzeugte Linie eine gerade, aber schräge Linie, die dann ein Dreieck bildet. Und, wie da Vinci in einem Schlüsseldiagramm betonte, wenn die Bewegung des Krugs mit der gleichen Geschwindigkeit beschleunigt wird, mit der die Schwerkraft das fallende Material beschleunigt, entsteht ein gleichseitiges Dreieck – was Gharib ursprünglich aufgefallen war, das da Vinci mit der Notiz hervorgehoben hatte: „ Equatione di Moti“ oder „Gleichstellung (Äquivalenz) von Bewegungen“.

Da Vinci versuchte, diese Beschleunigung mathematisch zu beschreiben. Hier hat er laut den Autoren der Studie nicht ganz ins Schwarze getroffen. Um den Prozess von da Vinci zu untersuchen, verwendete das Team Computermodelle, um sein Wasservasenexperiment durchzuführen. Dies führte zu da Vincis Fehler.

„Was wir gesehen haben, ist, dass Leonardo damit gekämpft hat, aber er hat es so modelliert, dass die Entfernung des fallenden Objekts proportional zu 2 hoch t ist [with t representing time] stattdessen proportional zu t zum Quadrat“, sagt Roh. „Das ist falsch, aber wir haben später herausgefunden, dass er diese Art von falscher Gleichung auf die richtige Weise verwendet hat.“ In seinen Notizen illustrierte da Vinci ein Objekt, das bis zu vier Zeitintervalle lang fiel – ein Zeitraum, in dem die Graphen beider Arten von Gleichungen eng beieinander liegen.

„Wir wissen nicht, ob da Vinci weitere Experimente durchgeführt oder diese Frage eingehender untersucht hat“, sagt Gharib. „Aber die Tatsache, dass er sich auf diese Weise mit diesem Problem auseinandersetzte – in den frühen 1500er Jahren – zeigt, wie weit er mit seinem Denken voraus war.“

Das Papier trägt den Titel „Leonardo da Vincis Visualisierung der Schwerkraft als Form der Beschleunigung“.