Galileo Galilei

1. Galileo Galilei « ... questo grandissimo libro [della natura] che continuamente ci sta aperto innanzi agli occhi (io dico l'universo), non si può intendere se prima non s'impara a intender la lingua, e conoscer i caratteri né quali è scritto. Egli è scritto in lingua matematica, e i caratteri son triangoli, cerchi, ed altre figure geometriche, senza i quali mezzi è impossibile a intendere umanamente parola; senza questi è un aggirarsi vanamente per un oscuro laberinto. » (Galileo Galilei, Opere VI)

2. Il metodo scientifico Insieme ad Albert Einstein, Galileo Galilei è certamente lo scienziato più importante della storia dell’umanità. È stato fra i primi uomini celebrati e lodati per il loro coraggio, la loro sfrontatezza e la loro non-paura di rivolgere il proprio sguardo verso il cielo. Galileo ha dedicato la sua intera vita alla ricerca scientifica, individuandone un nuovo metodo (descritto a fianco), e applicandolo in ambito principalmente fisico.

3. Il principio d’inerzia “Un corpo rimane nel suo stato di quiete, o di moti rettilineo uniforme, fino a quando non intervenga una causa (forza) esterna a modificarne lo stato”. Galileo scoprì il principio di inerzia con un esperimento ideale, immaginando il caso limite di un corpo che si muove su un piano orizzontale senza attriti. Un tale esperimento, come aveva ben compreso il grande scienziato pisano, non è riproducibile sulla Terra, ove è impossibile eliminare completamente tutti gli attriti. In realtà l'effetto degli attriti su un corpo in movimento è quello di trasformare l'energia cinetica in energia termica (calore); ciò avviene sempre nell'assoluto rispetto di un altro importantissimo principio: il principio di conservazione dell'energia.

4. Il piano inclinato Galilei riuscì a determinare il valore dell'accelerazione di gravità, cioè della grandezza che regola il moto dei corpi che cadono verso il centro della Terra, studiando la caduta di sfere ben levigate lungo un piano inclinato, anch'esso ben levigato. Poiché il moto della sfera dipende dall'angolo di inclinazione del piano, con semplici misure ad angoli differenti riuscì a ottenere un valore di poco inferiore a quello oggi noto (9,80665 m/s2), a causa di errori sistematici dovuti all'attrito, che non poteva essere completamente eliminato. Detto v il valore della velocità della sfera lungo il piano inclinato, la velocità parallela al piano orizzontale sarà data da v cos θ mentre quella perpendicolare, che è poi quella utile alla determinazione della gravità, risulta v sin θ Con questi studi, Galileo scopre un fenomeno che è conseguenza diretta della conservazione dell'energia meccanica: ponendo un altro piano inclinato accanto al primo su cui far risalire la sfera, scoprì infatti che questa si fermava alla stessa altezza di partenza. Tuttavia, il concetto di energia non è ancora presente nella fisica del Seicento e solo con lo sviluppo, oltre un secolo più tardi, della meccanica classica di Newton si arriva ad una precisa formulazione di tale concetto.

5. La velocità della luce Galileo fu certamente fra i primi ad avere intuito che la velocità della luce non è infinita, e ideò per primo un esperimento per ottenerne la misura. La sua idea era quella di portarsi su una collina con una lanterna coperta da un drappo e quindi lanciare un segnale ad un amico, posto su un'altra collina lontana un chilometro e mezzo, alzando il drappo.Il suo amico, visto il segnale, avrebbe quindi alzato il suo drappo, inviandogli così il segnale di ritorno: una misura precisa del tempo intercorso fra l'invio e la ricezione del segnale luminoso avrebbe consentito misurare la velocità della luce. Tuttavia, il tentativo fu infruttuoso: si consideri che la luce impiega solamente un centesimo di millesimo di secondo per percorrere la distanza di 3 chilometri. La prima misura della velocità della luce fu opera, nel 1675, dell'astronomo danese Rømer, basata sulla misura accurata dei ritardi delle eclissi del satellite di Giove, Io. Linea che mostra la velocità della luce in un modello in scala. Dalla terra alla luna, 384.400 km, circa 1,282 secondi.

6. Il pendolo Un'altra scoperta galileiana attuata nel 1583 è l'isocronismo delle piccole oscillazioni di un pendolo. Su tale argomento vi è anche una leggenda, secondo cui l'idea gli sarebbe venuta in mente osservando le oscillazioni di una lampada sospesa nella navata centrale del Duomo di Pisa. La lampada che comunemente viene indicata come Lampada di Galileo, non è però quella vista dal giovane scienziato, in quanto costruita nel 1587 da Vincenzio di Domenico Possenti, quindi pochi anni dopo. La lampada che invece fu vista oscillare, più piccola e spartana, è oggi custodita nel vicino Camposanto Monumentale, nella Cappella Aulla. Questo strumento è semplicemente composto da una pietra legata ad un filo sottile e inestensibile: se questo ha una lunghezza di un metro, si ottiene un'oscillazione della durata di circa due secondi. La periodicità nel moto del pendolo non fu l'unica osservazione dello scienziato pisano: notò, infatti, che a parità di lunghezza del filo, e indipendentemente dal peso del sasso, l'oscillazione dura la stessa quantità di tempo al variare dell'ampiezza, a patto che questa non sia eccessiva. La legge di oscillazione è indipendente dalla massa e dall'ampiezza dell'oscillazione stessa, ovvero dall'angolo tra la posizione iniziale e quella centrale di minimo. Per oscillazione di un pendolo si intende il movimento del pesetto del pendolo dal punto iniziale di oscillazione allo stesso punto di partenza passando per l'altro estremo, quindi il movimento da un estremo all'altro è una mezza oscillazione.

7. La caduta dei gravi La fisica moderna nasce dall'analisi della caduta dei gravi da parte di Galileo Galilei. Lo scienziato pisano mostrò che i corpi materiali cadono, nel vuoto (escludendo quindi qualunque effetto di attrito), tutti con la stessa accelerazione, indipendentemente dalla loro massa; questo fenomeno è conseguenza diretta dell'equivalenza tra massa gravitazionale e massa inerziale. Da essa si deduce che ogni corpo, in prossimità della superficie terrestre, subisce una accelerazione pari a circa 9,8 m/s^2.

8. Le macchie lunari «In primo luogo diremo dell’emisfero della Luna che è volto verso di noi. Per la maggior chiarezza divido l’emisfero in due parti, più chiara l’una, più scura l’altra: la più chiara sembra circondare e riempire tutto l’emisfero, la più scura invece offusca come nube la faccia stessa e la fa apparire cosparsa di macchie. Queste macchie alquanto scure e abbastanza ampie, ad ognuno visibili, furono scorte in ogni tempo; e perciò le chiameremo grandi o antiche, a differenza di altre macchie minori per ampiezza ma pure così frequenti da coprire l’intera superficie del disco lunare, soprattutto la parte più luminosa: e queste non furono viste da altri prima che da noi.» In ciò Galileo si riferisce naturalmente ai “mari” (le macchie più grandi), visibili ad occhio nudo, e ai crateri lunari, osservabili soltanto con uno strumento ottico. In particolare Galileo poté osservare per la prima volta, pochi giorni dopo la fase di luna nuova, che la linea di divisione tra luce e ombra non aveva curvatura regolare, ma appariva frastagliata e irregolare, e che la parte chiara della falce lunare mostrava piccole macchie nere e picchi luminosi, le prime rivolte dalla parte del sole, proprio come sulla Terra al mattino le valli sono ancora in ombra mentre i picchi retrostanti vengono già illuminati dalla luce del sole. Così quelle strette valli, come le creste circolari di profondi crateri e le distese più scure e prive di asperità, il cui aspetto e la cui vastità fece attribuire loro il nome di “mari”, mostrarono che la luna non era una sfera perfetta e di natura eterea e divina, come ogni corpo celeste secondo l’idea della scienza ufficiale, ma un corpo solido con una crosta rocciosa a tratti increspata come quella della terra nelle sue più aspre ed impervie catene montuose. Galileo poi nota che i mari in realtà non mutano di luminosità con l’inclinazione dei raggi del Sole, come ci si dovrebbe attendere se essi fossero oceani liquidi, e ancora si preoccupa di spiegare il motivo della iniziale suddivisione del disco lunare in due parti, che fa apparire la luna priva di macchie al bordo, come se le asperità venissero meno in quella parte, in secondo luogo, ammettendo che la luna fosse ricoperta di vapori, poiché la luce ne attraverserebbe un maggior spessore proprio in direzione del bordo, sarebbero indistinguibili i suoi particolari.

9. Le fasi di Venere Galileo Galilei fu la prima persona ad osservare le fasi di Venere nel Dicembre del 1610, notando anche cambiamenti nel diametro visibile del pianeta nella diverse fasi ed ipotizzando che fosse più distante dalla terra quando era nella fase piena e più vicino quando era nella fase crescente. Queste osservazioni supportarono la descrizione eliocentrica di Copernico del Sistema Solare. Venere, come Mercurio, non è visibile dalla Terra quando è nella fase piena, poichè in quel periodo si trova nella congiunzione superiore, sorgendo e tramontando assieme al Sole quindi invisibile. Venere è più brillante quando il 25% circa del suo disco è illuminato, tipicamente 37 giorni prima (nel cielo serale) o dopo (nel cielo mattutino) la sua congiunzione inferiore. Venere può effettivamente essere visto, in rare occasioni, al mattino (prima dell'alba) e alla sera (dopo il tramonto) nello stesso giorno. Questo avviene quando Venere è alla massima separazione dall'eclittica e nello stesso momento alla congiunzione inferiore; il fenomeno si ripete con un ciclo di otto anni. In queste condizione il pianeta può essere visto due volte nello stesso giorno in un solo emisfero (Nord o Sud); il pianeta presenta inoltre un fenomeno non ancora del tutto spiegato, definito come anomalia di fase di Venere. Esso corrisponde ad uno scostamento tra la fase teorica del pianeta e quella effettivamente osservata. Probabilmente la spiegazione di tale discrepanza risiede in una qualche anomalia dell`atmosfera venusiana, tale da incentivare il fenomeno.

10. Riepilogo delle invenzioni galileiane Invenzioni fra stelle e corpi in movimento Nel corso della sua vita, Galileo propose originalmente alcune invenzioni, utili non solo nello studio delle stelle, ma anche dei corpi in movimento: -il piano inclinato per studiare il moto dei corpi; -la bilancia idrostatica per misurare la densità dei corpi; -il termoscopio per misurare le variazioni di densità dell'aria in funzione della temperatura; -una macchina azionata da energia animale per innalzare acqua dai pozzi profondi; -il compasso proporzionale per fare calcoli sulla quadratura del cerchio e risolvere problemi di matematica e geometria; -il celatone, uno strumento per misurare la longitudine in mare usando i satelliti di Giove; -il giovilabio, uno strumento per calcolare la posizione relativa di Terra e Giove; -il micrometro; -l'elioscopio.

11. Presentazione creata da: Pasquale Africa & Corigliano Fortunato Classe 4^B – 2008/2009