Il Seicento Prof. Edoardo Rovida

Il Seicento Sviluppo della scienza(dai principi meccanici e dagli strumenti matematici, grandi risultati) realizzazioni Accademie Stampa scientifica Mecenatismo scientifico

Sviluppo della scienza Evoluzione delle idee rinascimentali conquiste scientifiche in campo meccanico

Evoluzione di idee rinascimentali Porteranno ai grandi sviluppi settecenteschi, base della scienza moderna: acquisizioni meccaniche e strumenti matematici

Conquiste scientifiche Connessione tra aspetti empirici dell’ingegneria e ricerche scientifiche sistematiche Transizione tra completo empirismo e tecniche ingegneristiche basate sul calcolo e sulle scienze applicate Leonardo: passo avanti decisivo nell’analisi rigorosa dei problemi della dinamica; le sue idee sono sviluppate da Galileo, Huygens, Newton

Collegamento fra ricerche scientifiche e sviluppi pratici Alcune speculazioni teoriche portano a sviluppi nelle realizzazioni, i quali producono ulteriori sviluppi teorici(circolo virtuoso) (accentuazione di un fenomeno già apparso nel secolo precedente) Studio del vuoto Pendolo

Collegamento fra ricerche scientifiche e sviluppi pratici: studio del vuoto Per opera di Torricelli, Galileo, Pascal Diffusione della pompa aspirante I risultati portano allo studio della macchina a vapore

Collegamento fra ricerche scientifiche e sviluppi pratici: pendolo Sviluppo della precisione della misura del tempo Impulso al miglioramento delle parti meccaniche degli orologi: taglio degli ingranaggi, meccanismi di scappamento

Conquiste meccaniche Meccanica celeste ( Keplero) Astronomia(Keplero, Galileo) Dinamica (Galileo, Cartesio, Wallis, Huygens, Newton) Metodo scientifico(Cartesio) Geometria analitica (Cartesio) Dinamica dei fluidi (Torricelli, Stevino, Pascal, Guericke, Boyle) Teoria dell’elasticità dei corpi(Galileo, Hooke, Bernoulli, Eulero) Statica (Varignon) Analisi infinitesimale (Newton, Leibnitz) Logaritmi(Nepero) Utilizzo degli strumenti Disputa antichi-moderni

Leggi di Keplero(1571-1630) 1. Le orbite dei pianeti sono ellissi, di cui il Sole occupa uno dei fuochi(1609) 2. Le aree descritte dai raggi vettori(uniscono il Sole ad un pianeta) sono proporzionali ai tempi impiegati a percorrerle(1609) 3. I quadrati dei tempi di rivoluzione dei pianeti sono proporzionali ai cubi dei semiassi maggiori delle loro orbite(1618)

Galileo(1564-1642) Studi astronomici Metodo scientifico-sperimentale Ricerche meccaniche

Galileo: studi astronomici Costruisce un telescopio(1609) che utilizza per le osservazioni Scopre: -primi quattro satelliti di Giove -fasi di Venere -macchie solari Sostiene il sistema copernicano(per questo, condannato dal Sant’Uffizio)

Metodo scientifico-sperimentale Non studia direttamente la natura La “ricrea” in laboratorio, riproducendone un “modello” osservabile Esperimento = “domanda” posta alla natura Esempio: piano inclinato per studiare la caduta dei gravi

Galileo: ricerche meccaniche Caduta dei gravi Concetto di accelerazione Concetto di inerzia Concetto che l’accelerazione dipende dalle circostanze che determinano il moto Teoria del pendolo, poi applicata all’orologio da Huygens

Galileo: caduta dei gravi Prima: i corpi cadono tanto più velocemente quanto più sono pesanti (è vero nel vuoto, ma allora il concetto di “vuoto” non era ancora chiarito e neppure concepito: lo sarà dai discepoli di Galileo, Torricelli e Viviani) Galileo: dimostra che l’accelerazione di gravità è uguale per tutti i corpi: la differente velocità di caduta dipende dalla resistenza dell’aria Oggi: gli astronauti verificano che sulla Luna(assenza di atmosfera) un sasso ed una piuma toccano terra contemporaneamente, partendo dalla stessa altezza

Cartesio(René Descartes)(1596-1650) (fondatore del razionalismo) Metodo scientifico Geometria analitica Dinamica

Metodo scientifico Accettare solo ciò di cui si è veramente certi (regola dell’evidenza) sezionare i problemi complessi in problemi semplici(regola dell’analisi) affrontare i problemi semplici e poi, per sintesi, quelli complessi(regola della sintesi) scrivere e documentare tutto(può essere considerato il “padre” della documentazione tecnica)(regola dell’enumerazione)

Dinamica Legge di inerzia teorema della conservazione della quantità di moto in un sistema isolato concetto di lavoro concetto di principio dei lavori virtuali

Meccanica dei fluidi Idrostatica Aeriformi

Idrostatica Torricelli (1608-1647) barometro/misura della pressione atmosferica/dà il nome all’unità di pressione(torr) Stevino(1548-1620) principio omonimo Pascal(1623-1662) dà il suo nome alla moderna unità di pressione / principio omonimo: in un fluido incomprimibile in equilibrio, le pressioni si trasmettono in tutte le direzioni

Torricelli: pressione atmosferica Scopre che l’aria ha un peso Secondo Aristotele l’aria nell’atmosfera è nel suo luogo “naturale”, quindi non avrebbe dovuto andare né in alto, né in basso e, quindi, non premere

Evangelista Torricelli(1608-1647) Pressione atmosferica pari a 760 mm di colonna di Hg e a 9.81 m di colonna di H2O

Aeriformi Guericke (1602-1686): esperienze sul vuoto – emisferi di Magdeburgo (dimostra l’esistenza della pressione atmosferica) Boyle(1627-1691) : legge di B. e Mariotte”a temperatura costante, il volume di una data quantità di gas è inversamente proporzionale alla pressione”(1662)

Teoria dell’elasticità dei corpi Leonardo, Galileo primi tentativi Hooke(1635-1703) ut tensio, sic vis(proporzionalità sforzi-deformazioni) Bernoulli, Eulero primi risultati sulla flessione

Dinamica Cartesio (1596-1650) Wallis(1618-1703) Huygens(1629-1695) Newton(1642-1727)

Wallis(1616-1703) Sviluppo dell’opera di Cartesio in particolare, completa le basi del principio dei lavori virtuali Precursore dell’analisi infinitesimale

Huygens(1629-1695) Pendolo composto Urto elastico Momento di inerzia Forza centrifuga Intuizione della conservazione dell’energia Realizza e brevetta l’orologio a pendolo(1675) Tenta di realizzare un motore a scoppio utilizzando la polvere da sparo(1675)

Newton Concetto di massa generalizzazione del concetto di forza leggi fondamentali della dinamica inerzia F=ma azione e reazione legge di gravitazione universale teorema della quantità di moto

Newton legge di inerzia Ogni corpo persevera nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, eccetto che sia costretto a mutare quello stato da forze impresse

Newton 2° legge La variazione di moto di un corpo è direttamente proporzionale alla forza impressa ed avviene lungo la linea retta seconda la quale la forza è impressa

Newton legge dell’azione e della reazione Le mutue azioni che due corpi esercitano l’uno sull’altro sono sempre uguali ed hanno la stessa direzione ma versi opposti

Newton

Newton: il libro

Statica Varignon(1654-1722) porta la statica al livello attuale

Analisi infinitesimale Newton Leibnitz

Logaritmi Nepero(o Napier)(1550-1617) (matematico scozzese Sua opera “Logarithmorum canonis descriptio” Logaritmi: base del regolo calcolatore(strumento di calcolo fondamentale fino al 1970)

Strumenti Scienza: inizia a progredire a contatto con la tecnica(questa crea gli strumenti che fanno progredire la scienza) Strumenti: potenziano i sensi e, quindi, la capacità di osservazione

Realizzatori di strumenti Galileo: telescopio Castelli: termometro(1632) Torricelli: barometro(1643) Malpighi: microscopio(1660) Boyle: pompa pneumatica(1660)

Atteggiamento degli scienziati Alcuni: accettano lo sviluppo della tecnica e, quindi, gli strumenti Altri: considerano gli strumenti come elementi perturbatori dell’osservazione, soprattutto quando, come nel caso delle stelle, pretendono di scrutare oggetti divini e, quindi, non indagabili

Disputa antichi-moderni Dibattito(inizio ‘600) sull’immagine, la funzione, gli obbiettivi della scienza Risultato: concezione rinascimentale(sapere = ripristino della sapienza perfetta e classica, perduta nel Medioevo) soppiantata dalla concezione di progresso Implica nuove assunzioni

Implica nuove assunzioni Perfettibilità del sapere: la conoscenza è un processo in continua crescita, che non diventerà mai definitiva Necessità di collaborazione fra scienziati: in opposizione alla gestione “di casta” del sapere(visto come strumento di potere) Legame fra scienza e tecnologia: il progresso scientifico è ricco di miglioramenti per la vita dell’umanità

Realizzazioni Macchine Idraulica e pneumatica Produzione dei metalli Applicazioni del vapore Calcolatrici Orologi

Macchina per tornire i maschi di rubinetti(pezzo in un morsa e lavorato con fresa a tazza) (Branca)

Frantoio(Branca)

Disegno d’assieme e disegni”costruttivi” dei vari pezzi (Branca)

Idraulica e pneumatica Diffusione della pompa aspirante Esperimento di Guericke(1650) Macchina di Thomas Savery(fine ‘600)(è anche un’applicazione del vapore)

Diffusione della pompa aspirante l’altezza di aspirazione dipende dalla pressione atmosferica e perciò non può superare i 9 metri

Esperimento di Guericke: emisferi di Magedburgo(1654) Due semisfere cave affacciate Fa il vuoto all’interno Diverse coppie di cavalli non riescono a staccarle Dimostra l’esistenza della pressione atmosferica

Produzione dei metalli Carbon fossile per alimentare gli altiforni Simon Sturtevant(1612) e Dud Duddley(1619) brevettano un sistema per ottenere un combustibile a basso tenore di impurità: il coke, utilizzabile negli altiforni(permette il lavoro a ciclo continuo)

Applicazioni del vapore Considerazioni generali Giovanni Battista della Porta (1606) Giovanni Branca(1629) Denis Papin(1690) Newton(fine ‘600) Macchina di Thomas Savery(1698)

Applicazioni del vapore: considerazioni generali Inizia ad essere utilizzato alla fine del XVII secolo Prime macchine: impiegano la pressione atmosferica contro il vuoto, creato raffreddando il vapore Importanza crescente della fonti di carbone

Giovanni Battista della Porta Il fuoco in E fa evaporare l’acqua in D: il vapore prodotto entra in pressione in B, forzando l’acqua contenuta nello stesso B ad uscire attraverso il tubo C Con questo sistema, gli ingegneri di Cosimo de’ M.edici, Granduca di Toscana riescono a pompare acqua da una miniera a 50 piedi sottoterra

Giovanni Branca Caldaia con busto di bronzo che getta vapore agente su di una ruota a pale(intuizione mai realizzata) Mancano regolatore e valvola di sicurezza della caldaia

Pentola di Papin Passaggio di stato liquido-vapore: dilatazione Passaggio di stato vapore-liquido: generazione del vuoto “..dato che fra le proprietà dell’acqua vi è quella per cui una piccola quantità di essa, trasformata in vapore dal calore, ha una forza elastica simile a quella dell’aria, ma con il sopraggiungere del raffreddamento si ritrasforma in acqua , sì che nessuna traccia di tale forza rimane, ho dedotto che potevano essere costruite macchine nelle quali l’acqua con l’aiuto di calore non molto intenso e a poco prezzo, avrebbe potuto produrre il vuoto completo” D.Papin

Newton (fine ‘600) Carro a reazione con getto di vapore

Macchina di Thomas Savery(fine ‘600)( per prosciugare le miniere) vapore ad alta pressione in un recipiente acqua fredda sulle pareti: condensazione formazione di vuoto aspirazione di acqua

Macchine volanti Padre Lama da Brescia(1670), partendo dall’osservazione che un gas riscaldato tende a muoversi verso l’alto, preconizza una navicella volante sostenuta da palloni

Le prime calcolatrici William Pratt(1616) Blaise Pascal (1642)

La calcolatrice di William Pratt(1616) E’ un blocco di avorio con indici rotanti in ottone, il tutto contenuto in un finto libro rivestito di pelle scolpito in oro. Le colonne a sinistra sono marcate in numeri romani a partire dalla unità, alle decine e così via, fino a 10.000.000.000. Le colonne di destra sono in farthing, pence e scellini

La calcolatrice di Pascal(1642) Denominata anche “pascalina” Utilizzata soprattutto per addizionare e sottrarre importi di denaro

Orologi 1583: Galileo scopre il principio di isocronismo del pendolo 1610: nasce in Francia la corporazione degli orologiai 1656: Huygens costruisce il primo orologio a pendolo 1674: Huygens introduce la molla a spirale

Accademie scientifiche Considerazioni generali Le prime Accademie Modo di operare

Accademie scientifiche: considerazioni generali Scienza: entra nelle università Aumenta il numero di persone cultrici della “filosofia naturale” Nascono gruppi di persone che si riuniscono a discutere le nuove questioni e a seguire nil progresso

Le prime Accademie (avvicinano scienza e tecnica: riconoscimento che la tecnica è strumento di progresso) Academia Secretorum , Napoli(1560) Accademia dei Lincei(1603)(studio e diffusione della fisica, con la visione penetrante della lince) Royal Society for the Advancement of learning(fondata da Boyle nel 1645 col nome di Philosophical College)(vi appartiene Galileo) Accademia del Cimento(fondata nel 1657 da Leopoldo de’ Medici) Accademia delle Scienze di Londra (1662) Accademia delle Scienze di Parigi(1666) fondata da Luigi XIV

Accademie scientifiche: modo di operare Comunicazione dei risultati delle ricerche di soci Discussione Accensione di interesse per la scienza fra il popolo

Stampa scientifica Fino ad ora: comunicazione fra studiosi solo attraverso scambi epistolari Da ora in poi: nascono periodici scientifici: Journal de Savants(Parigi, 1665), Philosophical Transaction(organo ufficiale della Royal Society)

Mecenatismo scientifico In forma embrionale ed in ambito letterario-artistico risale all’epoca romana Ora si sviluppa in ambito scientifico Senza il mecenatismo, forse, molte scoperte non ci sarebbero state o sarebbero avvenute in ritardo Nel “duello” fra Newton e Leibnitz per la paternità del calcolo infinitesimale, cìera in gioco anche il prestigio della corte dei duchi di Hannover( alle cui “dipendenze” lavorava Leibnitz)

Esempi di mecenatismo scientifico(1) Federico II di Danimarca dona all’astronomo Tycho Brahe un’isola dove istituire un centro scientifico Galileo(1610) dedica la scoperta dei satelliti di Giove ai medici, dai quali viene nominato “filosofo di corte” Principe Leopoldo de’ Medici: istituisce l’Accademia del Cimento

Esempi di mecenatismo scientifico(2) Federico di Prussia: fonda l’Accademia di Berlino Caterina di Russia: fonda l’Accademia di S.Pietroburgo P.Giuseppe Piazzi(1746-1826): direttore dell’Osservatorio di Palermo, scopre(1801) il pianetino Cerere e lo chiama Cerere Ferdinandea, in onore di Ferdinando, Re delle Due Sicilie e fondatore dell’Osservatorio di Palermo