Willem Jacob 's Gravesande war ein niederländischer Mathematiker und Naturphilosoph, der vor allem für die Entwicklung experimenteller Demonstrationen der Gesetze der klassischen Mechanik bekannt ist. Als Professor für Mathematik, Astronomie und Philosophie an der Universität Leiden trug er dazu bei, Isaac Newtons Ideen in Kontinentaleuropa zu verbreiten.
Leben
Geboren in 's-Hertogenbosch studierte 's Gravesande Jura an der Universität Leiden, wo er eine Dissertation zum Thema Selbstmord verteidigte und 1707 seinen Doktortitel erwarb. Anschließend praktizierte er Jura in Den Haag und beteiligte sich an intellektuellen Diskussionen, während er sein Interesse an den mathematischen Wissenschaften pflegte. Sein Essai de perspective "Essay über Perspektive", veröffentlicht 1711, wurde vom einflussreichen Schweizer Mathematiker Johann Bernoulli gelobt. In Den Haag half 's Gravesande auch bei der Gründung des Journal littéraire "Literarische Zeitschrift", eine gelehrte Zeitschrift, die 1713 zum ersten Mal veröffentlicht wurde.
1715 besuchte 's Gravesande London als Teil einer niederländischen Delegation, die zur Begrüßung der hannoverschen Nachfolge in Großbritannien entsandt wurde. In London traf 's Gravesande sowohl König Georg I. als auch Isaac Newton und wurde zum Fellow der Royal Society gewählt. 1717 wurde er Professor für Mathematik und Astronomie in Leiden. Von dieser Position aus war er entscheidend bei der Einführung von Newtons Werken in den Niederlanden beteiligt. Außerdem erhielt er 1730 den Lehrstuhl für Zivil- und Militärarchitektur und 1734 für Philosophie. Als Philosoph lehnte er Fatalisten wie Hobbes und Spinoza ab.
's Gravesande heiratete 1720 Anna Sacrelaire. Sie hatten zwei Söhne, die beide in der Jugend starben. 1724 bot Peter der Große 's Gravesande eine Stelle an der neuen Kaiserlichen Akademie der Wissenschaften in Sankt Petersburg an. 1737 erhielt er ein Angebot von Friedrich dem Großen, der Preußischen Akademie der Wissenschaften in Berlin beizutreten. Er lehnte beide Angebote ab und zog es vor, in Leiden zu bleiben.
Mechanik
Gravesandes Hauptwerk ist Physices elementa mathematica, experimentis confirmata, sive introductio ad philosophiam Newtonianam "Mathematische Elemente der Naturphilosophie, durch Experimente bestätigt; oder eine Einführung in die Newtonsche Philosophie", veröffentlicht in Leiden 1720. In diesem Buch legte er die Grundlagen für die Vermittlung der Newtonschen Mechanik durch experimentelle Demonstrationen. Er präsentierte seine Arbeiten vor Publikum, zu dem Voltaire, Albrecht von Haller und Émilie du Châtelet gehörten, die Übersetzerin von Newtons Principia, die 's Gravesandes Entdeckung der kinetischen Energie berücksichtigte. 's Gravesandes Buch wurde bald ins Englische übersetzt von John Theophilus Desaguliers, Kurator der Experimente für die Royal Society.
1721 verwickelte sich 's Gravesande in einen öffentlichen Streit darüber, ob der deutsche Erfinder Johann Bessler, bekannt als Rat Orffyreus, eine echte Perpetuum-Mobile-Maschine geschaffen hatte. 's Gravesande argumentierte zunächst für die Machbarkeit von Perpetuum Mobile auf der Grundlage der Erhaltung der skalaren Größe mv Masse multipliziert mit Geschwindigkeit, die er irrtümlicherweise für in der Newtonschen Mechanik impliziert hielt. Jedoch veröffentlichte er 1722 die Ergebnisse einer Serie von Experimenten, bei denen Messingkugeln aus unterschiedlichen Höhen auf eine weiche Tonoberfläche fallgelassen wurden. Er fand, dass eine Kugel mit doppelter Geschwindigkeit einer anderen eine viermal so tiefe Vertiefung hinterlassen würde, woraus er schloss, dass der richtige Ausdruck für die "Lebendige Kraft" eines sich bewegenden Körpers – das, was heute seine "kinetische Energie" genannt wird – proportional zu mv2 ist.
Obwohl diese Ergebnisse sein ursprüngliches Argument für die Machbarkeit von Perpetuum Mobile ungültig machten, verteidigte 's Gravesande weiterhin Besslers Arbeit und behauptete, dass Bessler ein neues "aktives Prinzip" der Natur entdeckt haben könnte, das seine Räder zum Weiterlaufen brachte. Ähnliche Ansichten wurden damals von Gottfried Wilhelm Leibniz, Johann Bernoulli und anderen vertreten, aber der moderne Konsens ist, dass Bessler einen absichtlichen Betrug beging. Der russische Zar Peter der Große interessierte sich für Besslers Rad und holte 's Gravesandes Rat zu dem Thema ein.
's Gravesande teilte seine Ergebnisse über die Auswirkung fallender Gewichte mit Émilie du Châtelet mit. Ähnliche Beobachtungen wurden unabhängig von Giovanni Poleni veröffentlicht. Die Interpretation von 's Gravesandes und Polenis Ergebnissen führte zu einem Streit mit Samuel Clarke und anderen Newtonianern, der Teil des sogenannten "vis viva Streits" in der Geschichte der klassischen Mechanik wurde.
Ring von 's Gravesande
's Gravesande wird auch für seine Erfindung eines einfachen Experiments zur Demonstration der Wärmeausdehnung in Erinnerung behalten, das seitdem in der Physikausbildung verwendet wird. Dies ist heute unter dem Namen "'s-Gravesande-Experiment" oder "'s-Gravesande-Ring" bekannt. Der Apparat besteht aus einer kleinen Metallkugel an einer Kette oder einem Griff und einem Metallring auf einem Ständer. Der Ring ist gerade groß genug, so dass die Kugel durch den Ring passt, wenn Ring und Kugel die gleiche Temperatur haben. Wenn die Kugel jedoch durch Eintauchen in kochendes Wasser oder durch Spielen der Flamme einer Spirituslampe darüber erhitzt wird, dehnt sich das Metall aus und die Kugel passt nicht mehr durch den Ring. Wenn die Kugel abgekühlt ist, passt sie wieder durch den Ring.
Werke
- Essai de perspective, 1711
- Philosophiae Newtonianae Institutiones, in usus academicos, 1723
- An essay on perspective, 1724
- Physices elementa mathematica, experimentis confirmata, sive introductio ad philosophiam Newtonianam, 1720–1721
- Introductio ad Philosophiam, Metaphysicam et Logicam, 1736
- Mathematical Elements of Natural Philosophy, Confirm'd by Experiments: or, An introduction to Sir Isaac Newton's philosophy Volume I, 1747
- Mathematical Elements of Natural Philosophy, Confirm'd by Experiments: or, An introduction to Sir Isaac Newton's philosophy Volume II, 1747
- Oeuvres Philosophiques et Mathématiques de Mr. G. J. 'sGravesande, ed. with memoir by J. Allamand, 1774
