Misura

1. Misura

2. Aristotele (384 a.C. – 322 a.C.) Aristotelesistemo’ le conoscenzefisichedeisuoi tempi e tento’ di fondare la fisicasull’osservazione e sull’esperimento. nessunareminiscenzaplatonica. Si occupo’ di fisica, meccanicaapplicata, metereologia, …

3. Aristotele (384 a.C. – 322 a.C.) Indaginesperimentale non e’ ancorametodosperimentale. E l’osservazionenon e’ ancoramisura. Il motodeicorpi: “I corpileggerisalgono, quellipesantitendononaturalmente verso illoroluogo, ilcentrodella Terra” “Un corpolanciatosimantiene in moto grazie allaspintachericeve dal mezzo in cui ilmotosisviluppa”

4. Aristotele (384 a.C. – 322 a.C.) Limiti: Incapacita’ di isolarefenomenisingoliall’interno di un processonaturale in cui moltifenomenisiintrecciano Mancanza di unaelaborazioneanalitica Prudenzanellageneralizzazione Le sue osservazioni e la sistematizzazionedella “fisica” sonodegne di assolutorispetto, ma non siamoancoragiunti al “metodosperimentale”.

5. Tolomeo (A.D. 90 –A.D. 168) Tolomeofumatematico, astronomo, geografo. Il suocapolavoroscientifico, l’Almagesto e’ un trattato di astronomiamatematicache include edestende le conoscenzedell’astronomiagreca(e babilonese). I parametri del modelloeranobasatisuosservazioni/misureraccolte per quasi un millennio Non sipuo’ dire cheilmodello non fosse ben fondato!

6. Tolomeo (A.D. 90 –A.D. 168) Due (condivisibili) osservazionieranoalla base del modello: Le stelle, il sole e ipianetiruotanoattornoalla terra ognigiorno. La terra non simuove Il modellogeocentricocheTolomeocostruiscee’ in grado di descrivereimotideipianeti e di prevederele loroposizioni.

7. Tolomeo (A.D. 90 –A.D. 168) Il modellodescriveva e prevedeva. Si puo’ chiederequalcosa di piu’ a un modello?

8. Tolomeo (A.D. 90 –A.D. 168) Il modellodescriveva e prevedeva. Si puo’ chiederequalcosa di piu’ a un modello? Per unadescrizionedelleosservazionil’orbita di ognipianeta era descrittoda: • Un Equante • Un Deferente • Un Epiciclo

9. Tolomeo (A.D. 90 –A.D. 168) Il modellodescriveva e prevedeva. Si puo’ chiederequalcosa di piu’ a un modello? Per unadescrizionedelleosservazionil’orbita di ognipianeta era descrittoda: • Un Equante • Un Deferente • Un Epiciclo Il modelloconteneva in totale 40 cerchi. Non e’ esattamenteilmodellopiu’ “semplice”.

10. Nicolo’ Copernico (1473 – 1543) Per piu’ di 13 secoliilmodelloTolemaicoprospero’ incontrastato. E con la pubblicazione di “De revolutionibusorbiumcoelestium” nel 1543 da parte di Copernico, … … le cose non cambiarono.

11. Nicolo’ Copernico (1473 – 1543) Il modellogeometrico era eliocentrico, basatosulleosservazioni, era predittivo. D: Era piu’ preciso di quellotolemaico? R: No! Era piu’ semplice. Es: ilmotoretrogrado e’ conseguenzadellaparallasse.

12. Nicolo’ Copernico (1473 – 1543) Ma richiedevache la terra simuovesse. … che idea ridicola! Si dovrebberoosservare: Forzecentrifughe Ventifortissimi Movimentidellestelle “fisse” dovutiallaparallasse Quindicontrarioalleosservazioni, e al buonsenso, allatradizione, religione, …

13. Excursus: parallasse La parallasse e’ un fenomeno di motoapparente di un corpo “vicino” rispetto a unosfondolontano e quindifisso. I pianetiosservatidalla terra sonosoggetti a vistosifenomeni di parallasse (motoretrogrado) Le stellevicinesonosoggette a sottilifenomeni di parallasse

14. TychoBrahe (1546 – 1601) Nobile danese, decise di dedicarsipienamenteall’astronomiaquando vide apparireunastella nova (1572) L’apparizione violava l’immutabilita’ della sfera delle stelle fisse. Non esito’ a definire:“Crassa ingenia. Caecos coeli spectatores" chi non ne intui’ l’importanza Raccolse la piu’ accurata e comprensivaserie di misureastronomiche e planetariedell’epoca. Questa messe di misurefini’ nellemani di …

15. Giovanni Keplero (1571 – 1630) Matematico, astronomotedesco. Fu assistente di Tychoe ne eredito’ idatisperimentali, facendonebuonuso. Kepleroanalizzo’ le misuredelleposizioni di Marte e nonriusci’ ad ottenereaccordotrailmodellotolemaico e idati. Nonriusci’ a trovareaccordonemmeno con ilmodellocopernicano, finche’ …

16. Giovanni Keplero (1571 – 1630) … provo’ a modificare la forma dell’orbita. Non piu’ circolare, con il sole al centro, ma ellittica, con il sole in unodeifuochi. L’orbita di Martecorrispondevaperfettamente al modello! E senzaepicicli Nel 1609 le prime due leggi di Keplerovidero le stampe in “Astronomianova”.

17. Sistemasolare secondo Keplero (1621) Il modelloTolemaicodescriveva, con qualcheinesattezza, idatiorbitalideipianeti. Ogniorbitanecessitava di un equante, deferente, epiciclo. Il modellocopernicano di Keplero (con orbiteellittiche) descrivevaidatiorbitali con maggioreesattezza Ogniorbita era descritta da 1 ellisse Il modello era piu’ sempliceedelegante(e preciso).

18. Sistemasolare (1621) Il modello di Keplero non suscito’ entusiasmo. Galileo e Cartesioignoraronoilsuolavoro. I TolemaicirestavanoTolemaici, iCopernicanirestavanotali (se potevano), per non menzionareiTychonici. La messa al bando da parte dellachiesa(nel 1616) del modellocopernicano non ne aiutava la diffusione.

19. Galileo Galilei (1564 – 1642)

20. Galileo Galilei

21. Galileo nel 1609 Docente di matematica a Padova, presentailsuocanocchiale al doge. Nel 1610 pubblicail “SidereusNuncius” e riporta: “sonoarrivato a costruirmiunostrumentocosi’ eccellenteche le cosevisteattraverso di essoapparivanoingrandite quasi mille volte […] chesifosseroguardate con vista naturale” La scopertadellelune di Giove (pianetiMedicei), dellefasi di Venere, la rugosita’ della Luna L’impattosulmondoscientifico (e non) fudirompente.

22. Il canocchiale di Galileo Galileo probabilmente non ful’inventore del canocchiale. Ma grazie allapazientesperimentazione, l’accuratalavorazionedellelenti, egliavevatrasformatounostrumentoche era pocopiu’ che un giocattoloin un potentestrumentoscientifico. E ne avevaraccoltoifrutti.

23. Galileo e l’eliocentrismo Galileo fucopernicano ben prima dellapubblicazione del “Sidereus”. Le osservazionidellefasi di Venereconfermaronoquestasuaconvinzione. Nel 1616 ricevettel’ordine da parte del cardinal Bellarmino di non insegnare la teoriacopernicana se non come un metodomatematico, unaipotesi. Vi siadeguo’. … per qualche tempo.

24. Dialogosoprai due massimisistemi del mondo Nel 1624 Galileo inizia a lavorare ad un trattato di astronomia e fisica in forma di dialogo, pubblicatonel1632. Il “Dialogo” e’ ancheun’operapedagogicavolta ad abbattereil principio di autorita’. Nel 1633 Galileo e’ di nuovoneiguai, questavoltaseriamente, fucostrettoall’abiura.

25. Dialogosoprai due massimisistemi del mondo Il “Dialogo” traitreprotagonisti (Salviati, Sagredo e Simplicio) siestende in 4 giornate Galileo (Salviati) confuta la tesiaristotelicadell’incorruttibilita’ e impassibilita’ deicorpicelesti. Le osservazionisperimentalidellemacchiesolari, dellestelle novae, dellemontuosita’ lunari ne eranol’evidenza, … ma non per Simplicio. Galileo utilizza le nuoveleggidellameccanica(principio di inerzia, di relativita’, composizionedeimoti) per smontare le critichedegliaristotelici al motodella terra Descrizionedellemisuresullastella nova del 1604, le fasi di Venere, isatelliti di Giove, macchiesolari (Ri)presentazionedellateoriadellemaree come provasperimentalecerta del motodella terra. In realta’ era unaprova errata di un fattocorretto

26. Il “Dialogo” come trattato di meccanica La secondagiornatacontiene le prime leggidellameccanicacome la conosciamoora Principio di relativita’ galileiano: “rinserratevi […] nellamaggior stanza chesia di sotto coverta di alcun gran navilio; […] osservatediligentemente […] fate muover la nave con quanta sivogliavelocita’, che’ (purcheilmotosiauniforme) voi non riconoscereteuna minima mutazione in tuttiglieffetti, ne’ […] potretecomprendere se la nave cammina o pure siaferma”

27. Il “Dialogo” come trattato di meccanica La secondagiornatacontiene le prime leggidellameccanicacome la conosciamoora Il principio di inerzia: “a principiarilmoto e’ ben necessarioilmovente, ma a continuarlobasta in non havercontrasto” Per ricavareilsuo principio Galileo usa le misure da luieffettuatesullacaduta (e risalita) lungopianiinclinati e le estende al limitetramite un “Gedankenexperiment”, un esperimentopensato.

28. Galileo: l’approccioallanatura Galileo fuil padre di fondamentaliscoperteneicampidellaastronomia e dellafisica. Queste non furonoilsuomeritomaggiore. Introdusse un nuovoapproccionello studio dellanaturacaratterizzato da: Il ripudio del principio d’autorita’ Lo studio descrittivodellanatura, capirecome, non perche’. L’abbandono di ognicausaocculta, o finalita’ dellanatura. Il riconoscerecheillibrodellanatura “e’ scritto in lingua matematica” La fedenellasemplicita’ dellanatura

29. Galileo: ilmetodosperimentale Galileo fondo’ ilmetodosperimentale, che non e’ solo l’esperimento o la misura. E’ un processo di indaginechesipuo’ schematizzare in quattromomenti: La percezione del fenomeno, la “sensataesperienza” La formazione di unaipotesi di lavoro, l’”assioma” Questa e’ la “scoperta”, chescaturisce da unaanalisicriticadella “sensataesperienza” Le conseguenzelogichedell’ipotesi, il “progressomatematico” La verificasperimentaledelleconseguenzee quindidell’ipotesi La conoscenzascientifica evolve quandoquestoprocessogiunge a compimento.

30. Nelsolco di Galileo

31. Descartes (1586 – 1650) Ispiratodallescoperteche Galileo avevacompiuto con l’utilizzo del cannocchiale, Cartesioinizia lo studio dell’ottica e piu’ in generale la teoriadellaluce. I risultati non furonoall’altezza del genio del filosofo e matematicofrancese. La naturadellalucerestaoscura, ma la lucedellaconoscenzasiestende …

32. Descartes – Leggedellarifrazione - Arcobaleno Utilizzandounaanalogiameccanica Descartes derivacorrettamente le leggidellariflessione e rifrazioneluminosa. Partendo da questeleggifornisceunaspiegazionematematicamentee fisicamentecorrettadellaformazionedell’arcobaleno Descartes, ~AD1630 Testo di Fisica, AD2010

33. La misuradellavelocita’ dellaluce Il ritardotrailsuono e la luce, nelcaso di fenomeni come ifulminio le cannonate era ben noto. Attribuitocorrettamenteallalimitatavelocita’ del suono. Allostessomodo era conoscenzadiffusache la lucesipropagasseistantaneamente. Ma la conoscenzadiffusa non sempre coincide con la verita’. E questo non sfuggiva ad unamente fine come …

34. La misuradellavelocita’ dellaluce Galileo (1638). Galileo posiziona due lampade in cima a due collinedistanti circa un miglio. La prima lampadavienescoperta da Galileo, la secondadall’assistentequando la lucedella prima lo raggiunge. Galileo puo’ quindimisurareilritardo del segnaleluminoso di ritorno e stimare la velocita’. Risultato: nessunritardovienemisurato (Dt=10ms) Galileo conclude: “non ho potuto assicurarmi se veramente la comparsa del lume opposto sia instantanea; ma ben, se non instantanea, velocissima’’

35. La misuradellavelocita’ dellaluce Romer (1675) Romerosservo’ cheunadellelune di Giove, Io, usciva da dietroilpianeta a tempi diversirispetto a quelliprevisti. Il tempo di uscitadalleeclissidipendevadallaposizionedella terra nellasuaorbitasolare. La differenza di tempo tra le due posizioni era di circa 1000 secondi e Romerne attribui’ correttamentela causaallalimitatavelocita’ dellaluce Chemisuro’ con un errore del ~25%

36. Nelsolco di GalileoIsaac Newton (1643-1727)

37. Isaac Newton Fu matematico, fisico, astronomoimmenso. Con la monografia“PhilosophiæNaturalis Principia Mathematica”, pubblicatanel 1687, ha posto le fondamentadellameccanicaclassica, dellateoriadellagravitazione. I Principia e’ unodeitrattatiscientificipiu’ influentidellastoria.

38. La nascitadellameccanica Il lavoroiniziato da Galileo, con il principio di inerzia, fuportato a compimento da Newton. Le treleggidelladinamicafurono enunciate per descrivere la meccanica di tuttol’universo Galileo e Huygens avevanoattaccatoilproblemadeimotisulla terra

39. I Principia L’approcciomatematico/assiomatico di Newton lo porto’ a dare organicita’ e generalita’ al materiale, anchesperimentale, raccoltodaisuoipredecessori. Defini’: Massa, (massainerziale) Che era proporzionale al peso Quantita’ di moto Forza, “Vis impressa”, come causadell’accelerazione Spazio e tempo assoluti Derivo’ le treleggidelladinamica: Principio di inerzia Proporzionalita’ traforza e accelerazione (F=m·a) Principio di azione e reazione

40. I Principia e imolteplicipadri Nei Principia Newton rendeomaggioaisuoipredecessori, come a ricordarecheilsuosforzo di sistematizzazionefuilculmine di un lavoroportatoavanti da Galileo, Wallis, Huygens traglialtri. Infatti in un altraoccasione Newton ebbe a dire: “If I have seen further it is by standing on ye sholders of Giants”

41. I Principia e imotigravitazionali Newton disponeva di unaenormemesse di misuresulleposizionideipianeti. Kepleroavevainoltregia’ derivato le sue treleggi. Orbitaellittica Velocita’ areolarecostante Relazionetra tempi di rivoluzione e distanzemedie Tychoavevarispostoalladomanda: dove e’ ilpianeta? Kepleroavevarispostaalladomanda: comesimuoveilpianeta Toccava a Newton rispondere: perche’ simuovecosi’?

42. I Principia e imotigravitazionali Newton sidimostraall’altezza del suocompito. Dimostrache se un corposimuovesuunasezioneconica, prima legge di Keplero, alloraesso e’ soggetto a unaforzadiretta verso ilfuoco, di intensita’ Dimostrainoltreche da questoconsegueche le velocita’ areolarisonocostanti, secondalegge di Keplero, e cheiquadratideiperiodisonoproporzionaliaicubidelledistanzemedie, terzalegge di Keplero. Newton avevadimostrato la legge di gravitazioneuniversalemostrando la equivalenzadellasualegge con quelle di Keplero (cioe’ con le misuresperimentali)

43. La legge di gravitazioneuniversale La legge di gravitazioneche Newton deriva ha valenzauniversale. Motideipianeti Moto dellemaree Moto di cadutadeicorpi Anchedellemelechecadonodaglialberi La legge di gravitazioneintroducevailconcetto di attrazione a distanza. Concettopocodigeribileaipiu’. Videroquesta “virtu’” insitaneicorpi come un ritorno a qualita’ occultedellamateria.

44. Newton e l’ottica Newton non fu solo finissimomatematico e “fisicoteorico”. I suoistudisperimentali di otticasonoalla base della nostra otticafisica. Stabili’ la corrispondenzatraindice di rifrazione e colore Ne dedusse la teoriadeicolori, smentendo la secolaretradizione secondo la quale icolorisonoprodottidaicorpiinvestitidallaluce Mostra la sintesideicolori con il “disco di Newton” Rimane un fermoassertoredellanaturacorpuscolaredellaluce, rifiutandol’ideacheun’ondapossapropagarsi per lineerette.

45. Il telescopio di Newton Dopo Galileo altrisicimentarononellacostruzione di telescopi, anche con tecniche diverse. Keplerocostrui’ un telescopiousando due lenticonvesse, quindiancora un telescopio a rifrazione • Newton compresecheunodeilimitiintrinsici di questitelescopi era dato dal fenomeno di dispersioneluminosa. • Rifrazionedipendedallafrequenza • Aggiro’ genialmentel’ostacolosostituendo le lenti con specchi • Riflessione NON dipendedalla freq. • NascevailtelescopioNewtoniano o a riflessione • Che Newton sviluppo’ per 15 anni

46. Galileo, Newton: Erroriscientifici Mostri sacri come Galileo e Newton furono molto umani, anchedurante le loroinvestigazionidellanatura. Galileo non diedealcuncredito al lavoro di Keplerosulleorbiteellittiche. Convintoche le orbitedovevanoesserecircolari Newton era noto per esserespigoloso, ma ilsuoimmensogenioscientifico a volte era proporzionaleallasuaarroganza. Newton interpreto’ correttamenteilfenomenodellapropagazione del suono come un’onda e ipotizzo’ che le oscillazionifosserofenomeni a temperaturacostante. Ricavo’ unasemplice formula per la velocita’ checorrispondevapiuttostobene con irisultatisperimentali. Ma “piuttostobene” non era sufficiente per Newton. Invento’ termini correttivi alla formula finche’ la sua “predizione” non coincidevaperfettamente con idatisperimentali.

47. L’ottica

48. L’otticadopo Newton I lavorisull’ottica di Newton lasciavanomoltequestioniaperte. La prima di questesu quale fosse la naturadellaluce: Corpuscolare Ondulatoria

49. Thomas Young (1773 – 1829) Unarisposta (quasi) definitivavenne data da un fisicoinglese, Young, e dallasuafamosaesperienzedelle 2 fenditure Due fenditurecheemettonolucemonocromaticadannoorigine ad unafigura di interferenzasuunoschermolontano. Tale figura e’ analogaaifenomeni di interferenzaosservatiquando le ondesipropaganosullasuperficiedell’acqua. Questa fu la misuraprincipeche “dimostro’” la naturaondulatoriadellaluce

50. L’otticadopo Newton I lavorisull’ottica di Newton lasciavanomoltequestioniaperte. La prima di questesu quale fosse la naturadellaluce: Corpuscolare Ondulatoria