Ingenieurs van het California Institute of Technology (Caltech) hebben ontdekt dat Leonardo da Vincis begrip van de zwaartekracht - hoewel niet helemaal accuraat - zijn tijd eeuwen vooruit was. Uit een nieuwe kijk op een van zijn notitieboeken blijkt dat de befaamde homo universalis experimenten heeft opgezet om aan te tonen dat de zwaartekracht een vorm van versnelling is en dat hij de gravitatieconstante vrij nauwkeurig berekende.
Vergeten experimenten van Leonardo da Vinci bewijzen dat zijn begrip van de zwaartekracht zijn tijd ver vooruit was
Luc De Roy
Gepubliceerd:
Da Vinci, die leefde van 1452 tot 1519, was met zijn onderzoek van deze concepten zijn tijd flink vooruit.
Het zou tot 1604 duren voor Galileo Galilei de theorie voorstelt dat de afstand die een vallend voorwerp aflegt, proportioneel was met het kwadraat van de verstreken tijd en pas op het einde van de 17e eeuw werkt Isaac Newton daarop voort om te komen tot zijn wet van de universele gravitatie, die beschrijft hoe voorwerpen door elkaar aangetrokken worden.
De belangrijkste hinderpaal die Da Vinci ondervond, was dat hij beperkt werd door de instrumenten die hij tot zijn beschikking had. Zo had hij bijvoorbeeld geen instrument om precies de tijd te meten terwijl een object viel.
De vergeten experimenten van Da Vinci werd voor het eerst opgemerkt door Mory Gharib, een professor Aeronautica en Medische techniek aan Caltech, in de Codex Arundel, een verzameling teksten die Da Vinci neerschreef over wetenschap, kunst en persoonlijke onderwerpen. Die codex kan online geraadpleegd worden dankzij de British Library.
Begin 2017 was Gharib de technieken die Da Vinci gebruikte voor stromingsvisualisatie aan het onderzoeken om ze te bespreken met studenten, toen hij een reeks schetsen opmerkte die driehoeken voorstelden die gegenereerd werden door zandachtige deeltjes die uit een kruik stroomden.
"Wat mijn aandacht trok, was dat hij 'Equatione di Moti' geschreven had op de schuine zijde van een van zijn getekende driehoeken - degene die een gelijkbenige rechthoekige driehoek was", zei Gharib, de hoofdauteur van de studie over de experimenten. "Ik raakte geïnteresseerd in wat Leonardo bedoelde met die zin."
'Equivalentie van bewegingen'
Om de notities te analyseren, werkte Gharib samen met Chris Roh, toen een postdoctoraal onderzoeker aan Caltech en nu een hoogleraar aan de Cornell University, en met Flavio Noca, een professor Aerodynamica aan de Haute Ecole Spécialisée de Suisse occidentale.
Noca zorgde voor vertalingen van de Italiaanse aantekeningen van Da Vinci - geschreven in zijn beroemde linkshandige spiegelschrift dat van rechts naar links gelezen wordt - terwijl het drietal de diagrammen in het manuscript nader bekeek.
In de notities beschrijft Da Vinci een experiment waarin een waterkruik in een rechte lijn voortbewogen wordt parallel aan de grond, terwijl er onderweg water of een korrelig materiaal (waarschijnlijk zand) uit loopt.
Zijn noten maken duidelijk dat hij er zich van bewust was dat het water of zand niet aan een constante snelheid zou vallen maar dat het zou versnellen en ook dat het materiaal stopt met horizontaal te versnellen, aangezien het niet meer beïnvloed wordt door de kruik, en dat de versnelling dus louter naar beneden gericht is door de zwaartekracht.
Als de kruik aan een constante snelheid beweegt, is de lijn die gevormd wordt door het vallend materiaal verticaal en wordt er dus geen driehoek gevormd. Als de kruik aan een constant tempo versnelt, vormt de lijn die gecreëerd wordt door het vallend materiaal, een rechte maar schuine lijn, die dan een driehoek vormt.
Als de beweging van de kruik versneld wordt aan hetzelfde tempo als dat waarin de zwaartekracht het vallend materiaal versnelt, creëert dat een gelijkzijdige driehoek. En dat is wat Gharib oorspronkelijk opgemerkt had doordat Da Vinci het had onderstreept met de noot "Equiatione di Moti" of "gelijkmaking (equivalentie) van bewegingen".
Wiskundige beschrijving versnelling niet helemaal juist
Da Vinci probeerde ook de versnelling wiskundig te beschrijven, maar hier zat hij er volgens de auteurs van de studie enigszins naast. Om de methode van Da Vinci te onderzoeken, gebruikte het team computermodellen om het experiment met de waterkruik na te bootsen. Daarbij werd de fout van Da Vinci duidelijk.
"Wat we zagen, is dat Leonardo hiermee worstelde en hij stelde dat de afstand van het vallende object proportioneel was met 2 tot de macht t (waarbij t de tijd voorstelt), in plaats van proportioneel met t kwadraat", zei Roh. "Het is fout, maar later stelden we vast dat hij dit soort van verkeerde vergelijking op een correcte manier gebruikte."
In zijn notities illustreerde Da Vinci een object dat valt gedurende vier tijdsintervallen - een periode waarin de grafieken van de beide vergelijkingen dicht bij elkaar vallen.
"We weten niet of Da Vinci nog meer experimenten uitgevoerd heeft of deze vraag nog verder onderzocht heeft", zei Gharib. "Maar het feit dat hij op deze manier worstelde met dit probleem - in de vroege jaren 1500 - toont aan hoe ver vooruit zijn manier van denken was."
De studie van de drie onderzoekers is gepubliceerd in . Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van Caltech.
