Introduzione allo studio della FISICA  Etimo  Storia  Ipse dixit  Il metodo sperimentale  Divisioni a cura di Francesca Russo

Etimo Il termine “fisica” deriva dal greco  = natura La Fisica è la scienza che studia e interpreta i fenomeni naturali.

Storia I primi studi “fisici” dell’antichità risalgono alle teorie astronomiche di Maya, Egiziani e Babilonesi (tra il IV e il I millennio a.C.), che però erano ancora troppo influenzate dalle loro credenze magiche, mitologiche o religiose.

Storia In Grecia, invece, fin dagli albori della riflessione filosofica (scuola di Mileto - VII sec. A.C.: Talete, Anassimene, Anassimandro…) l’interpretazione del mondo fisico è cercata in uno schema più razionale, ma le concezioni del cosmo elaborate da Pitagora, Platone, Aristotele (IV - V sec. a.C.) sono più che altro considerazioni filosofiche a priori, e non schemi logici dedotti da osservazioni ed esperimenti.

Ipse dixit Da un punto di vista moderno, la visione del mondo fisico che Aristotele espone nella sua “Physica” ci appare profondamente intrisa di “metafisica” (il ricorso a spiegazioni e fattori che vanno al di là degli aspetti fisici osservabili), ma si trattava di una vera e propria concezione scientifica come interpretazione della natura adeguata alle esigenze della società di quel tempo.

Ipse dixit Egli distingueva i movimenti classificandoli in “naturali” e “violenti”: i primi avvengono per virtù propria dei corpi senza l’intervento di agenti esterni, che invece producono quelli violenti (ad esempio il lancio di un oggetto…). Ogni elemento possiederebbe infatti un “luogo naturale”, assegnatogli dalla natura, verso cui tende: solo una causa esterna può portarlo verso un luogo diverso.

Ipse dixit Così, ad esempio, il fuoco tende di per sé al suo luogo naturale, cioè al cielo, l’acqua verso il mare, mentre il luogo naturale dei corpi materiali è la Terra, ed essi cadono quindi naturalmente lungo la verticale senza l’intervento di azioni esterne, che invece deviano il moto dalla verticale, come accade per un sasso lanciato orizzontalmente. Aristotele constatava che i corpi cadono tanto più velocemente quanta più “terra” essi contengono, cioè quanto più sono pesanti. Aristotele constatava che i corpi cadono tanto più velocemente quanta più “terra” essi contengono, cioè quanto più sono pesanti. Fuoco Aria Acqua Terra

Ipse dixit Ci vorrà la capacità di astrazione del primo grande scienziato della storia, per attribuire invece questa differenza di velocità all’attrito dell’aria, un concetto estraneo ad Aristotele. La fisica come scienza nasce infatti circa due millenni più tardi, con Galileo Galilei ( ). Mentre i suoi predecessori si erano limitati ad osservare, ad esempio, che i corpi lasciati cadere procedono sempre più velocemente, egli scoprì la legge della caduta dei gravi.

Il metodo sperimentale Ma la grande rivoluzione concettuale introdotta da Galileo fu l’aver posto a base di ogni teoria fisica l’esperienza, cioè la ripetizione ad opera dell’uomo di un fenomeno che avviene in natura. Con Galileo la Fisica si stacca nettamente e definitivamente dalla Filosofia e diventa SCIENZA, caratterizzata dal metodo sperimentale (“delle sensate esperienze e certe dimostrazioni” - Galilei), e la descrizione del mondo fisico da qualitativa diventa quantitativa. Con Galileo la Fisica si stacca nettamente e definitivamente dalla Filosofia e diventa SCIENZA, caratterizzata dal metodo sperimentale (“delle sensate esperienze e certe dimostrazioni” - Galilei), e la descrizione del mondo fisico da qualitativa diventa quantitativa.

Il metodo sperimentale Fino a un centinaio di anni fa, dunque, lo studioso di tutti gli aspetti della scienza naturale era il filosofo naturale: solo con l’enorme ampliamento delle conoscenze scientifiche decollato a partire dal Rinascimento in poi, questa figura “generica” e “onnisciente” fu gradualmente sostituita da quelle più specialistiche del fisico, del biologo, del chimico, del geologo, dell’ingegnere, ecc.

Il metodo sperimentale Il metodo sperimentale può essere suddiviso in alcune fasi fondamentali: OSSERVAZIONE del fenomeno Scelta delle GRANDEZZE IPOTESI di lavoro e RIPRODUZIONE del fenomeno in laboratorio Formulazione delle IPOTESI VERIFICA delle ipotesi Formulazione della LEGGE

Il metodo sperimentale  Osservazione del fenomeno  Scelta delle grandezze La prima tappa nell’interpretazione del fenomeno inizia con la sua osservazione diretta, in base alla quale poi separare i fatti essenziali da quelli ininfluenti o di disturbo. Per uno studio quantitativo del fenomeno è inoltre necessario scegliere le grandezze interessate (spazio, tempo, temperatura…).

Il metodo sperimentale  Ipotesi di lavoro  Riproduzione del fenomeno in laboratorio Nel metodo sperimentale hanno un ruolo fondamentale le ipotesi formulate sulla base dell’esperienza, del senso comune e dell’analisi qualitativa del fenomeno osservato. La riproduzione in laboratorio comporta, ovviamente, una semplificazione del fenomeno, attraverso una sua schematizzazione (creazione di un modello).

Il metodo sperimentale  Formulazione delle ipotesi  Verifica delle ipotesi  Formulazione della LEGGE Una volta effettuato l’esperimento, si cercano le relazioni matematiche che legano le misure rilevate. Se tali ipotesi e relazioni vengono confermate dalle ripetute esperienze, queste diventano legge…

Divisioni Alla fine del XIX secolo, grazie soprattutto all’impiego del metodo sperimentale di Galileo, i fisici avevano raggiunto un alto grado di conoscenza della meccanica, della termodinamica, dell’elettromagnetismo e dell’ottica. Quando sembrava ormai tutto ben saldo, tra la fine dell’Ottocento e i primi trent’anni del Novecento furono sviluppate nuove e sorprendenti idee che rivoluzionarono l’assetto raggiunto: è l’epoca della scoperta (casuale, come spesso accade) della radioattività, della formulazione della teoria della relatività di Einstein, dell’elaborazione della teoria quantistica per la descrizione dei sistemi atomici… Quando sembrava ormai tutto ben saldo, tra la fine dell’Ottocento e i primi trent’anni del Novecento furono sviluppate nuove e sorprendenti idee che rivoluzionarono l’assetto raggiunto: è l’epoca della scoperta (casuale, come spesso accade) della radioattività, della formulazione della teoria della relatività di Einstein, dell’elaborazione della teoria quantistica per la descrizione dei sistemi atomici… Questi anni costituiscono l’era della fisica moderna, che apre la strada a quella che oggi è la fisica contemporanea.

Divisioni Fisica classica Fisica classica Meccanica: (dal greco  = macchina) si occupa dei corpi in movimento e si divide a sua volta in Cinematica (  = moto): studia cosa sia il moto; Dinamica (  = forza): si occupa anche delle cause che lo provocano; Statica: si occupa dell’equilibrio dei corpi. Termologia e Termodinamica: studiano i fenomeni connessi con gli scambi di calore e le variazioni di temperatura (dilatazione dei corpi, propagazione del calore, cambiamenti di stato…). Elettrologia: ha per oggetto i fenomeni elettrici e magnetici. Ottica: studia i fenomeni luminosi, e si divide in ottica geometrica e ottica ondulatoria. Acustica: studia la propagazione del suono e delle onde elastiche.

Divisioni Fisica moderna e contemporanea Nasce con l’elaborazione della teoria della relatività e della meccanica quantistica, e trova il suo massimo campo di studio nella fisica atomica e nucleare, nella fisica delle particelle elementari, nella fisica dello stato solido e nella fisica delle basse temperature.

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