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Le prime osservazioni e i primi modelli Di Pietro Pantano Centro Interdipartimentale della Comunicazione Università della Calabria.

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Presentazione sul tema: "Le prime osservazioni e i primi modelli Di Pietro Pantano Centro Interdipartimentale della Comunicazione Università della Calabria."— Transcript della presentazione:

1 Le prime osservazioni e i primi modelli Di Pietro Pantano Centro Interdipartimentale della Comunicazione Università della Calabria

2 Indice zOsservazione dei fenomeni terrestri zOsservazione dei fenomeni astronomici zLa Scienza greca zI modelli astronomici zLa fisica aristotelica zIl sistema tolemaico

3 I fenomeni terrestri zPer luomo primitivo, i fenomeni naturali sono causati da divinità, alcune volte benevole o irate con gli abitanti della Terra. zTutto quel che accade è riconducibile non a cause naturali, ma ad azioni divine. zBisogna aspettare la Scienza greca perché facciano la loro comparsa le prime teorie interpretative.

4 Osservazioni astronomiche A) Fin dallantichità i fenomeni astronomici colpirono limmaginario delluomo, che imparò ad osservarli ed a classificarli. I più evidenti fenomeni celesti riguardano: B) il moto apparente della volta celeste C) le fasi lunari D) la posizione del sole nel cielo ed i cicli stagionali E) lapparizione di comete e meteore Seq 1 - cd 4

5 Video sulle osservazioni astronomiche

6 Disomogeneità ed anisotropia del cielo stellato Se osserviamo il cielo sopra di noi ci accorgiamo che: A) Cambia a seconda dellora di osservazione con un moto apparente da Est verso Ovest; B) Cambia a seconda della direzione di osservazione; C) Cambia a seconda della latitudine e della longitudine D) Cambia a seconda delle stagioni E) In determinati periodi alcuni astri sembrano apparire e scomparire nel cielo Seq 2 - cd 4

7 Video sul cielo stellato

8 Le stelle fisse e i pianeti A) Se osserviamo attentamente la volta celeste nella stessa posizione ma in tempi differenti, ci accorgiamo che: B) alcuni astri si ripresentano esattamente nella stessa posizione gli uni rispetto agli altri e li chiameremo pertanto Stelle Fisse C) Altri invece cambiano a seconda dei giorni, delle stagioni e degli anni, cioé hanno un movimento apparente rispetto alle stelle fisse : i pianeti D) Altri ancora appaiono solo in determinati periodi e poi scompaiono: le comete Seq 3 - cd 4

9 Video sulle stelle fisse e i pianeti

10 I cicli celesti: diurno, mensile, stagionale A) Nella sfera celeste due grandi astri sono dominanti: il Sole e la Luna B) Il Sole, come tutti gli altri astri sorge ad Est e tramonta ad Ovest, scandendo la durata del giorno. C) la sua traiettoria nel cielo cambia nel corso di un anno, ritmando le stagioni. Quando il sole é presente nel cielo, nessun altro astro, tranne la Luna in alcune condizioni, é visibile D) Il secondo grande astro é la Luna; visibile di notte, anchessa sorge ad Est e tramonta ad Ovest. La sua forma cambia nel corso del mese per le fasi lunari, passando da Luna Piena a Luna Nuova e di nuovo a Luna Piena. E) I due astri cambiano la loro posizione relativa nel corso del giorni e dei mesi rispetto alle stelle fisse. Seq 4 - cd 4

11 Video sui cicli celesti

12 I pianeti A) Se escludiamo il Sole e la Luna, solo cinque astri la cui posizione varia rispetto alle stelle fisse sono osservabili ad occhio nudo: Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno variano B) Non tutti sono osservabili nella medesima direzione ed allo stesso tempo, ma bisogna girare lo sguardo ed anche attendere la loro comparsa nel cielo; C) Questi erano gli unici pianeti noti fin dallantichità; bisogna aspettare Galileo e la scoperta del cannocchiale per osservarne di nuovi Seq 5 - cd 4

13 Video sui pianeti

14 Comete e meteore A) Alcuni astri compaiono nel cielo in determinati periodi; si comportano come pianeti nel senso che varia la loro posizione rispetto alle stelle fisse, ma poi non riappaiono più: questi astri si chiamano comete. B) Molti di questi corpi celesti furono osservati fin dallantichità e la loro apparizione fu registrata dagli astronomi del passato: la più famosa é la cometa di Halley; C) lultima cometa che é apparsa ed é stata visibile ad occhio nudo é la cometa di Hale-Bopp D) Bisognò aspettare il 1759 perché fosse confermato che alcune comete potessero ripresentarsi dopo un periodo di tempo più o meno lungo comé il caso della cometa di Halley, che ha una periodicità di 76 anni circa Seq 6 - cd 4

15 Video su comete e meteore

16 La volta celeste A) In realtà, se osserviamo attentamente il cielo verso Nord nellemisfero boreale, ci accorgiamo che una stella non si muove, non cambia cioé la sua posizione nel corso della notte: é la stella polare. B) Le altre stelle sembra che girino attorno a questa stella, descrivendo delle circonferenze. Una parte della circonferenza finisce dietro lorizzonte e non é più visibile. Per questo le stelle sembra che si spostino da Est verso Ovest. Quelle che invece restano sempre sopra lorizzonte sono dette circumpolari. C) La Terra pertanto sembra sia contenuta in una sfera, detta Sfera Celeste, sulla quale sembra siano fissati tutti gli astri; D) Questa sfera sembra ruotare attorno ad un asse passante per i poli terrestri. I punti in cui lasse di rotazione incontra la sfera celeste sono detti poli celesti. Seq 7 - cd 4

17 Video sulla volta celeste

18 Ancora un video sulla volta celeste

19 La Grecia

20 La Scienza greca zLa scienza moderna deve molto alleredità degli antichi greci. zQuesti hanno iniziato a considerare i fenomeni come naturali, piuttosto che dovuti a cause soprannaturali. zEssi introdussero ragionamenti formali e li applicarono alla matematica ed alla geometria.

21 Aspetti generali della Scienza greca zLo studio e la conoscenza della natura fu definita filosofia naturale zLa rappresentazione del mondo era consistente con la filosofia zFu data preferenza alla comprensione delle aspirazioni degli oggetti piuttosto che ai principi zLa scienza fu separata dalla religione zNon esiste nessuna causa soprannaturale

22 Basi della scienza greca zLe teorie fisiche sono basate su considerazioni metafisiche a priori zLa logica è la chiave per la comprensione zEsistono relazioni significative tra numeri e geometria

23 Il primo periodo zTalete (VII sec. A. C.) yrimuove Dio dai fenomeni naturali

24 Pitagora zImmagine di Pitagoraz Il teorema di Pitagora da un testo arabo

25 Pitagora (VI sec. A. C.) yvisione mistica yi numeri e la geometria forniscono un modello concettuale di Universo yNumerologia e misticismo ySimmetria, bellezza, verità, perfezione e semplicità sono tutti concetti correlati yIl cerchio è la più perfetta forma geometrica

26 La Grecia

27 Immagini di Platone

28 Letà aurea zPlatone (IV sec. A.C.) yLa geometria entra nella Scienza yPerfezione sferica-->orbite circolari yprimo modello consistente con le osservazioni ybassa opinione della filosofia naturale (influenzato da Socrate) yLe idee sono eterne, reali; le cose vanno e vengono

29 Letà aurea/2 zPlatone (continua) yObiettivo del filosofo: determina la verità dietro le apparenze APPARENZA: il moto del sole e dei pianeti, e le fasi della luna sono disordinati VERITA: Le traiettorie dei pianeti sono circonferenze perfette –il cerchio è la forma più perfetta –i pianeti sono perfetti –i numeri e la geometria sono perfetti –la realtà è geometria e numeri

30 I solidi platonici zI poliedri regolari (tetraedro, cubo, ottaedro e icoesaedro) corrispondono ai quattro elementi fondamentali ( acqua, aria, terra, fuoco), mentre il dodecaedro corrisponde alluniverso

31 Platone conosceva le proprietà elettriche dei pesci

32 Primi modelli: universo a due sfere A) Già a partire dal IV secolo avanti Cristo, i Geci utilizzarono per rappresentare luniverso il modello a due sfere: la Terra, che costituisce la prima sfera, é al centro di unaltra sfera rotante dove sono collocate le stelle. B) Il Sole, la Luna e gli altri cinque pianeti noti a quel tempo si pensava che si muovessero in uno spazio tra le due sfere. C) Il grande problema dellastronomia antica é stato lo studio del moto irregolare dei pianeti e la determinazione della loro posizione sulla volta celeste (ricordiamo che la parola pianeta deriva da una parola greca che significa errante, e che il Sole era considerato uno di tali pianeti). D) Mentre si era in grado di completare tavole molto rigorose sulla posizione dei vari pianeti nel corso del tempo, il modello a due sfere non era assolutamente in grado di spiegare e predire tali moti. Seq.11 - cd4

33 Video sui primi modelli

34 Epicicli e deferenti A) Vari tentativi furono fatti per rappresentare il moto dei pianeti. Uno di questi fu la teoria degli Epicicli e dei Deferenti elaborata tra il terzo e il secondo secolo avanti Cristo. B) Questa teoria é basata sulla rotazione con velocità costante di un punto che si muove su un piccolo cerchio, lepiciclo, attorno ad un secondo punto che si muove sulla circonferenza di un secondo cerchio, il deferente. Il Pianeta P é posto sullepiciclo ed il centro del deferente coincide col centro della Terra. C) Questo sistema tenta di rappresentare il moto irregolare del pianeta rispetto alle stelle ed il moto giornaliero del pianeta rispetto alla Terra. D) Purtroppo le osservazioni sperimentali differivano da quelle previste teoricamente con questo modello.

35 Video su Epicicli e deferenti

36 Questione Platonica xQuali moti circolari uniformi e ordinati bisogna considerare per ciascun pianeta per ottenere la sua apparente traccia irregolare nel corso del tempo? xQuesto è uno degli obiettivi degli astronomi xLa definizione di realtà è cambiata profondamente nel corso della storia

37 Eudosso (IV sec. A.C.) zStudente di Platone zSfere dentro sfere (visione omocentrica) zcombinazione di moti circolari multipli z27 sfere sembravano sufficienti per i 7 corpi pesanti zLa causa del moto è ignorata zSono predette le posizioni dei pianeti

38 Immagine di Aristotele

39 Aristotele ( A. C.) zStudente di Platone zE stato un osservatore oltre che un pensatore yè reattivo rispetto agli sforzi di Socrate e Platone di riformulare le leggi senza tener conto dei fatti empirici zRaffinò il modello di Eudosso yconsiderò il moto delle sfere simile a meccanismi yintrodusse il primum movens yaumentò fino a 56 il numero di sfere interagenti per cancellare le irregolarità yPose le basi per lavvento del sistema tolemaico zE il fondatore di un paradigma scientifico e filosofico durato molti secoli

40 La scuola di Atene

41 Il sistema aristotelico del mondo zLe sostanze possiedono proprietà che ne determinano il comportamento yLuniverso è fatto da 5 sostanze con una collocazione preferita

42 Il sistema aristotelico del mondo / 2 zCombina le sfere omocentriche con la filosofia platonica zIl Primum Movens è lorologiaio del mondo yil modello duniverso è meccanicistico ysimile ad un meccanismo di sfere interconnesse yNon esistono relazioni causali tra tutti i corpi pesanti

43 Il sistema aristotelico del mondo : Teorie del moto yIl moto di qualsiasi tipo richiede una motivazione yIl moto naturale è causato dal desiderio di ciascun elemento di trovare la sua collocazione naturale in relazione alla sua leggerezza o pesantezza yi moti celesti sono causati dal primum movens zDebolezze della teoria yscarsa precisione osservativa yle dimensioni della luna variano di circa il 10% yla brillantezza dei pianeti varia molto durante il moto

44 LEgitto

45 Alessandria e limpero ellenistico zAlessandria è uno dei centri intellettuali del mondo greco zLatmosfera della città è più pratica e meno metafisica di Atene zFamosa per la sua biblioteca che conteneva almeno volumi zHanno studiato in questa città Archimede ed Euclide

46 Il faro di Alessandria

47 Aristarco ( III sec. A. C.) zConsidera la terra rotante e leliocentrismo zLe sue idee sono deboli per tre ragioni principali: xIl sistema è qualitativo: non fa nessun calcolo dei cammini planetari xè contrario al paradigma dominante non spiega i moti sublunari E empio in quanto pone la Terra in moto nelluniverso xNon considera i parallasse

48 Parallasse zParallasse stellarez Parallasse angolare

49 Eratostene ( A. C.) zUsò la Geometria per misurare la circonferenza della Terra zCalcolò la curvatura dai differenti angoli di illuminazione

50 Osservazioni di Eratostene zI greci avevano intuito la rotondità della Terra yOsservando la forma delle ombre nelle eclissi yNotando che alla distanza le vele della nave apparivano prima della nave stessa zPer misurare il raggio, Eratostene partì dallosservazione che a Siene, a differenza di Alessandria, il Sole di mezzogiorno illuminava il fondo dei pozzi

51 Considerazioni di Eratostene zAnalogamente le colonne a Syene non proiettavano ombra. zAllora, misurando lombra proiettata ad Alessandria, poteva dedurre langolo tra le due città, rispetto al centro della Terra

52 Calcoli di Eratostene zConoscendo la distanza tra le due città, poté quindi risalire al raggio della Terra; zBisogna aspettare il XVII con Picard per avere una stima migliore

53 Euclide ( A. C.) zSistematizzò la geometria zGli elementi di Euclide è considerato il Libro più influente dopo la Bibbia zUsò la logica per la risoluzione di problemi zEffettuò la costruzione di molte figure geometriche zIntrodusse il linguaggio matematico moderno: assiomi, teoremi, dimostrazioni, corollari

54 Immagine di Euclide

55 Ipparco ( II A. C. ) zFece accurate osservazioni mogliorando gli strumenti di misura xcalcolò la distanza del Sole e della Luna dalle eclissi solari xIl calcolo della distanza solare non era corretta zIntrodusse i cataloghi stellari zIntrodusse latitudine e longitudine zrigettò leliocentrismo di Aristarco zaggiunse epicicli ed eccentricità zMolte modifiche raggiunsero il culmine con Tolomeo

56 Calcolo della posizione stellare A) Per determinare la posizione di un astro nel cielo, si ricorre alla misura di due angoli: altezza e Azimut. B) Laltezza misura la distanza angolare dellastro sopra lorizzonte. C) LAzimut misura la distanza angolare delloggetto sullorizzone, partendo da Nord in direzione Est. D) Questo metodo, creato nei tempi più antichi, consente di individuare immediatamente la posizione di un astro nel Cielo, assegnandogli due coordinate sferiche, lazimut e laltezza. Non consente però di creare atlanti stellari universali in quanto la posizione dellastro dipende dal luogo e dal tempo dellosservazione. E) Lastronomia moderna individua invece gli astri direttamente sulla volta celeste, sulla quale sono state proiettate le coordinate terrestri: latitudine e longitudine. Questo permette la determinazione della posizione dellastro indipendentemente dallosservatore e consente la creazione di cataloghi stellari universali. Seq. 8 - cd 4

57 Video sul calcolo della posizione stellare

58 Tolomeo ( d.C. ) zLa sua vita è poco nota zScrisse testi di Ottica e di Geografia zLalmagesto fu una compilazione ed una collezione di dati yIl titolo greco era Grande Sintesi o grande compilazione, tradotto in arabo come Al Majisti yE un compendio dellastronomia greca yPresenta nuovi lavori originali sul moto planetario ypresenta cataloghi stellari yFornisce metodi di calcolo yE la base dellastronomia fino la XVII secolo

59 Immagine di Tolomeo

60 Il sistema tolemaico A) Il sistema degli epicicli e deferenti fu soltanto il punto di partenza di ulteriori sviluppi che condussero allelaborato sistema di Tolomeo. B) Tolomeo indrodusse una serie particolare di sfere per spiegare non solo i moti del Sole e della Luna, ma anche le regolarità e le irregolarità che venivano osservate nel moto apparente dei sette pianeti noti fino ad allora: Luna, Sole, Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno. C) Nel sistema geocentrico di Tolomeo, la Terra era immobile al centro delluniverso; intorno ad essa orbitavano i pianeti descrivendo delle traiettorie assai complesse. D) Per rendere ragione dellapparente irregolarità del loro moto Tolomeo spiegava che ogni pianeta descriveva un cerchio, detto epiciclo, il cui centro descriveva a sua volta una grande orbita intorno alla Terra. E) Quasi sempre le rappresentazioni del modello tolemaico rappresentavano solo i deferenti dei pianeti. Seq.13 - cd 4

61 Video sul sistema tolemaico

62 Il sistema tolemaico /2 zMantenne lastronomia dividendola dalla cosmologia zusò la matematica senza indagare sulle cause zmantenne leleganza matematica della trattazione antica zFece accurati calcoli per costruire tavole planetarie da usare nella navigazione xIl limite era legato allaccuratezza della misura dei tempi zUsò 80 epicicli zSpiegò il moto retrogrado zSpiegò la differente velocità zSpiegò i cambiamenti nella brillantezza e le dimensioni

63 Eccentricità ed equanti zEccentricitàz Equanti

64 Sistema tolemaico / 3 zFornisce argomenti a favore della sfericità della Terra yperfezione della sfera zIl modello tolemaico era il più semplice in accordo con i dati sperimentali zGli astronomi successivi cercarono di rendere il sistema tolemaico ragionevole e coerente con i dati fisici yle sfere devono essere trasparenti yLo spazio tra le sfere deve essere riempito da una sostanza ( letere) yDefinirono le proprietà di tale sostanza


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