Simon Stevin (1548 – 1620)

Onderwerp: Kracht en beweging, Maatschappij, Onderzoek doen, Overige onderwerpen
Begrippen: Kracht, Snelheid, Gewicht, Zwaarte-energie, Versnelling

Weet je waar het woord natuurkunde vandaan komt? Of scheikunde? In veel talen worden voor natuurkunde woorden gebruikt die afgeleid zijn van fysica (een boek van de Griekse filosoof Aristoteles). Ook het woord chemie heeft Griekse wortels. Dat wij in Nederland andere woorden hebben voor deze twee natuurwetenschappen komt door Simon Stevin.

Dat iemand het woord natuurkunde heeft bedacht en ingevoerd is op zich al reden om eens uit te zoeken wie die Stevin was. Maar het zal blijken dat zijn invloed op de natuurwetenschap veel groter is geweest dan taalkundig.

Leonardo da Vinci is de belichaming van de homo universalis (de universele mens), iemand die op veel terreinen thuis is. Stevin was dat evenzeer. Hij hield zich bezig met veel onderwerpen zoals navigatie, bewegingsleer, sterrenkunde, krijgskunst, maar ook met staatsinrichting en taal.

Er is enige onenigheid over de uitspraak van zijn naam. Is het Stévin of Stevín, soms wordt die zelfs op z’n Frans uitgesproken. De bekende wetenschapshistoricus E.J. Dijksterhuis heeft aannemelijk gemaakt dat Stévin juist is.

Leven

Over het leven van Simon Stevin is niet heel veel bekend. Hij werd geboren in Brugge in 1548 en is daarmee een tijdgenoot van Galilei en een voorloper van bekendere grootheden als Huygens en Newton. In 1583 schreef hij zich in aan de universiteit van Leiden (die 8 jaar eerder was gesticht door Willem van Oranje) onder de naam Simon Stevinius Brugensis. Als militair ingenieur komt hij in 1693 in dienst bij prins Maurits.

Stevin woonde aan het eind van zijn leven in Den Haag. Hij leefde ongetrouwd samen met Catherina Craij met wie hij vier kinderen kreeg. Hij overleed daar in 1620. Zijn graf is nooit gevonden.

Stevin als ingenieur

Stevin ontwierp molens, havens en sluizen, maar ook verdedigingswerken. Daarmee is hij een van de vele ingenieurs (vernuftelingen) die Nederland destijds al telde en die werk vonden bij vestingbouw en oorlogvoering. Er waren in die tijd regelmatig oorlogen in Nederland. Maar hij was veel meer dan een oplosser van praktische problemen, hij beschouwde het bouwen van een verdedigingswerk als wetenschap. Vooral de wiskunde was volgens hem belangrijk. Hij paste die toe bij bijvoorbeeld de bouw van een verdedigingsbastion, daar koos hij in plaats van rechte muren voor hoeken. In een dergelijk bastion hebben de verdedigers veel meer zicht op de vijand en konden ze die dus continu onder vuur nemen.

Figuur 1: Een bastion (1 en 2 in het plaatje) met schuine hoeken. Bron Wikipedia

Stevin bouwde een voor zijn tijd bijzonder snel voertuig, een zeilwagen. Hiermee kon hij een snelheid van 40 km/uur bereiken zodat hij over het strand in twee uur van Scheveningen naar Petten kon rijden.

Figuur 2: De zeilwagen van Stevin. Bron Wikipedia

‘Ommedat al de werelt geen latijn en can’

Dat veel mensen geen Latijn kunnen lezen, was voor Stevin een reden om de wetenschap te beschrijven in de volkstaal. Bovendien vond hij dat het Nederlands een heldere en kernachtige taal was en daarom geschikt voor wetenschap. Dat betekende dat hij veel woorden uit de wetenschap van zijn tijd uit het Latijn naar het Nederlands moest vertalen. Hij bedacht woorden voor hele vakgebieden: natuurkunde, scheikunde en wiskunde, maar ook zeer veel voor onderwerpen daaruit. Voorbeelden zijn: driehoek, zwaartelijn en luchtledig. Er zijn nog veel meer woorden die waarschijnlijk door hem zijn bedacht of in ieder geval door hem zijn toegevoegd aan het Nederlands: evenredigheid, raaklijn, evenwijdig, evenaar en middelpunt.

Ook woorden buiten de wetenschap komen bij hem vandaan: hoofdstuk, geweten, oneindig en neutraal. Sommige van zijn voorgestelde woorden hebben het niet gehaald in ons dagelijks taalgebruik: brandsnede voor parabool en langrond voor ellips. Maar de lijst met woorden die we nog wel gebruiken is veel langer dan die met de woorden die het niet gered hebben. Overigens, het woord vernufteling voor ingenieur dat soms aan Stevin wordt toegeschreven, is niet van hem van maar van P.C. Hooft.

‘Wonder en is gheen wonder’

Aan de basis van de levenshouding van Stevin stond dit devies. De wereld is wonderbaarlijk, maar door theoretische studie en experiment kunnen de oorzaken van de wonderen onthuld worden. Wetenschap was niet alleen nodig voor de zuivere studie, het moest ook een maatschappelijk belang dienen, je moest er wat aan hebben vond Stevin.

Stevin maakte in 1600 een plan om praktische wiskunde aan landmeters en militair ingenieurs te leren. Nog praktischer waren zijn tabellen met rentepercentages voor boekhouding. Tot zijn tijd werden die als bedrijfsgeheim van boekhouders beschouwd. Verder was Stevin voorstander van het al bestaande, maar niet erg bekende decimale systeem om breuken te noteren, kort gezegd: het gebruik van komma’s.

‘Clootcrans’

Stevin is ook bekend geworden om zijn clootcrans (kralensnoer) en vooral zijn wetenschappelijk verhandeling daarover.

Figuur 3: Schematische weergave van het kralensnoer (clootcrans) van Stevin. Bron Wikipedia.

Stevin bedacht een eenvoudig, maar krachtig bewijs dat de ketting stil blijft liggen. Dit bewijs vind je hieronder, maar probeer het eerst eens zelf te bewijzen. Het bewijs werd door latere wetenschappers als Lagrange en Feynman als bijzonder slim ervaren.

Hoe bewijs je dat de clootcrans stil blijft liggen?

Het bewijs bestaat niet uit berekeningen, maar gebruikt een aantal redeneringen die later veel vaker gebruikt zijn. We beginnen het bewijs door een losse kralenketting te nemen die op de driehoek ligt, dus nog zonder de lus eronder. Er zijn nu drie mogelijkheden: de ketting kan naar links of naar rechts bewegen of hij kan stil blijven liggen.

Stel nu als beginaanname dat de ketting naar links beweegt. En stel je dan voor dat we de ketting uitbreiden met de lus eronder. Nu gebruiken we een zogenaamd symmetrieargument. De lus is namelijk precies symmetrisch, voor iedere kraal links in de lus, is er ook een kraal rechts. De kralen links willen de lus met de klok laten bewegen, de kralen rechts tegen de klok in. Omdat de lus precies symmetrisch is, heffen deze bewegingen elkaar op. De lus zal niet bijdragen aan de beweging van de gehele ketting. Dat betekent dat de beginaanname (het hele snoer beweegt naar links) blijft gelden, ook met de lus eronder. Maar als het snoer naar links beweegt, zal die dat blijven doen, want zodra er een kraal onder de driehoek ‘verdwijnt’ komt er aan de andere kant een nieuwe bij en zijn we weer in de beginsituatie en zal de ketting naar links bewegen. Dit gebeurt steeds opnieuw en dus zal de lus eindeloos naar links blijven bewegen, tegen de klok in draaien. En dat kan niet, een eindeloos zichzelf in de beweging houdend systeem (een zogenaamd perpetuum mobile) bestaat niet. Dit betekent dat de beginaanname onjuist was. De ketting kan niet naar links bewegen. Op dezelfde manier kun je zien dat de ketting ook niet naar rechts kan bewegen. De enige mogelijkheid is dat de ketting stil blijft liggen.

Dit is een zeer krachtige bewijsmethode. We noemen dit een bewijs uit het ongerijmde. Je wilt een stelling bewijzen (de ketting ligt stil) en doet dat door van het tegendeel (de ketting beweegt) te laten zien dat dat niet waar kan zijn. Dan kan nog alleen maar je oorspronkelijke stelling waar zijn.

Zelf was Stevin zo ingenomen met zijn eenvoudige bewijs, dat hij een afbeelding van de clootcrans gebruikte als een zelfbedacht wapen of embleem op zijn boeken.

Figuur 4: Titelpagina van het boek van Stevin over weegkunde, het meten van gewichten en zwaarte. Met de clootcrans als embleem. Bron Wikipedia

‘Spiegheling en daet’

Ondanks de vele woorden die wij nog van hem gebruiken is de invloed van Stevin op de wetenschap echter allesbehalve taalkundig van aard. Veel ingenieurs uit zijn tijd waren vooral praktisch gericht. Maar voor Stevin was het van belang om een theoretische basis te vinden voor de praktische kennis. Hij bevindt zich daarmee in het hart van de wetenschappelijke revolutie die in zijn tijd vorm krijgt: de combinatie van theorievorming met ambachtelijke vakkennis, of zoals hij het zelf noemde “spiegeling” en “daad”. Zijn beoefening van het theoretische mechanica luidde in de wetenschap een nieuw tijdperk in.

Op de schouders van Stevin

Huygens en Newton, bekende wetenschappers uit de late middelleeuwen en vroege renaissance, stonden aan de wieg van de moderne wetenschap waar theorievorming en experiment elkaar versterken. Stevin is in veel hun voorganger, alleen al omdat hij eerder geboren is. Hij was een vurig aanhanger van het heliocentrische wereldbeeld (met de zon als middelpunt) van Copernicus, en onderzocht mechanica en magnetisme. Hij deed de beroemde valproef die aantoont dat de valsnelheid van een voorwerp onafhankelijk is van zijn massa. Het wordt weleens gezegd Galilei deze gedaan heeft op de toren van Pisa, maar hoewel hij geboren is in Pisa, deed hij die valproef niet. Stevin wel. Hij liet twee loden ballen (de een tien keer zwaarder dan de ander) van een redelijke hoogte gelijktijdig los boven een plank en hoorde één klap toen ze neerkwamen. Of zoals hij het zelf beschreef: ‘Laet nemen twee loyen clooten d’een thienmael grooter en swaerder als d’ander, die laet t’samen vallen van 30 voeten hooch … ende sal blijcken ... dat haer beyde gheluyden een selve clop schijnt te wesen.’

Zijn bekendere tijdgenoot Galilei schreef in het Latijn en Italiaans, Stevin koos voor het Nederlands. Daar hebben wij voordeel van, maar het gaf hem minder internationale bekendheid. Hoe dan ook, Stevin is net als Galilei een exponent van de nieuwe wetenschap die eeuwen na hen verder vorm zal krijgen. Hij is ongetwijfeld één van de reuzen op wiens schouders Newton kon staan om verder te kijken dan anderen.