Perché studiare fisica? Federica Scalari Docente di Matematica e Fisica Liceo Scientifico, Linguistico “G. Marconi” Parma

La “Scuola di Atene” di Raffaello Sanzio databile intorno al 1509-1510, Roma Stanza della Segnatura, Palazzi Apostolici.

Platone e Aristotele Al centro della composizione, vicino al punto di fuga, si trovano i due principali filosofi del passato, Platone e Aristotele. La sintesi della rappresentazione di Raffaello nei loro gesti. Platone regge il Timeo: il mondo delle idee trascendenti e l’induzione Aristotele per contro regge L’Etica: il metodo deduttivo, basato sulla natura e lo studio del concreto. Secondo Aristotele la conoscenza può procedere con un processo induttivo che va dal particolare al generale e con un processo deduttivo che va dal generale al particolare.

Prima di Galileo che cosa si conosceva e che cosa era accettato? Secondo Aristotele (Stagira 384 o 383 a. C – Calcide 322 a.C.) le stelle fisse sono incastonate in una sfera eterna e immutabile, estremo confine del cosmo Il sole è eterno ed è fatto di una sostanza incorruttibile chiamata etere Nella fisica aristotelica il sole e gli astri ruotano intorno alla terra, che è il centro del cosmo Nonostante il passare del tempo le concezioni restano queste, anche per motivi legati alla teologia e alle sacre scritture. Ma…

…1400 – 1500 – 1600 Niccolò Copernico (in polacco Mikołaj Kopernik; Torun, 19 febbraio 1473 – Frombork, 24 maggio 1543) fu un astronomo polacco famoso per aver portato all'affermazione la teoria eliocentrica. Tycho Brahe, in danese Tyge Brahe, un tempo chiamato in italiano anche Ticone (Castello di Knutstorp, 14 dicembre 1546 – Praga, 24 ottobre 1601), è stato un astronomo danese, crede nella teoria geocentrica. Giovanni Keplero (in originale Johannes Kepler, in italiano anche Giovanni Cheplero; Weil der Stadt, 17 dicembre 1571 – Ratisbona 15 novembre 1630) fu un astronomi, matematica e musicista tedesco, crede alla teoria eliocentrica. Scoprì empiricamente le leggi che regolano il movimento dei pianeti e che sono chiamate, appunto, leggi di Keplero. GALILEO GALILEI (Pisa, 15 febbraio 1564 – Arcetri, 8 gennaio 1642)

Galieo Galilei (Pisa 15 febbraio 1564 – Arcetri 8 gennaio 1642) sensata esperienza, ovvero l'esperimento, che può essere compiuto praticamente o solo astrattamente ("esperienze mentali"), ma che deve in ogni caso seguire a una attenta formulazione teorica, ovvero a ipotesi che siano in grado di guidare l'esperienza in modo che essa non fornisca risultati arbitrari necessaria dimostrazione, ovvero una analisi matematica e rigorosa dei risultati dell'esperienza, che sia in grado di trarre da questa ogni conseguenza in modo necessario e non opinabile, e che va ulteriormente verificata, con ulteriori esperienze, ovvero il cosiddetto cimento, che è l'esperimento concreto con cui va sempre verificato l'esito di ogni formulazione teorica.

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 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; l‘elioscopio, uno strumento che permette di osservare il Sole. il micrometro un dispositivo che montato sul cannocchiale permetteva di misurare, in contemporanea osservazione col cannocchiale, quanto distasse ogni satellite dal pianeta. l’orologio ad acqua per misurare il tempo di caduta di un corpo lungo il piano inclinato Galilei: l’analisi matematica dei fenomeni e l'uso degli strumenti di misura

Galileo e i suoi “Discorsi matematici intorno a due nuove scienze” “In un regolo, o vogliàn dir corrente, di legno, lungo circa 12 braccia, e largo per un verso mezzo braccio e per l’altro 3 dita, si era in questa minor larghezza incavato un canaletto, poco più largo d’un dito; tiratolo drittissimo, e, per averlo ben pulito e liscio, incollatovi dentro una carta pecora zannata e lustrata al possibile, si faceva in esso scendere una palla di bronzo durissimo, ben rotondata e pulita”. [...] “Elevando sopra il piano orizzontale una delle estremità (del regolo) un braccio o due ad arbitrio, si lasciava […] scendere per il detto canale la palla, notando […] il tempo che consumava nello scorrerlo tutto, replicando il medesimo atto molte volte per assicurarsi bene della quantità del tempo […]. Fatta e stabilita precisamente tale operazione, facemmo scender la medesima palla solamente per la quarta parte della lunghezza di esso canale; e misurato il tempo della sua scesa, si trovava sempre puntualissimamente esser la metà dell’altro” (G. Galilei, “Discorsi matematici intorno a due nuove cienze”, Leida Olanda, 1638)

Galileo e la misura del tempo “Quanto poi alla misura del tempo, si teneva una gran secchia piena d’acqua, attaccata in alto, la quale per un sottil cannellino, saldatogli nel fondo, versava un sottil filo d’acqua, che s’andava ricevendo con un piccol bicchiero per tutto ‘l tempo che la palla scendeva nel canale e nelle sue parti: le particelle poi dell’acqua, in tal guisa raccolte, s’andavano di volta in volta con esattissima bilancia pesando, dandoci le differenze e proporzioni de i pesi loro le differenze e proporzioni de i tempi; e questo con tal giustezza, che, come ho detto, tali operazioni, molte e molte volte replicate, già mai non differivano d’un notabil momento”. (“Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze”, 1638) Dal libro “Le traiettorie della fisica” azzurro, ed. Zanichelli

Di che cosa si occupa la Fisica? Per capirlo ricorriamo ad Einstein (1879-1955) e alla sua scoperta che la massa è energia, secondo la legge: La Fisica: si occupa dello studio di fenomeni naturali utilizza grandezze, ovvero quantità che possono essere misurabili cerca delle leggi, ovvero delle relazioni tra queste grandezze espresse mediante formule matematiche

Che cosa occorre a scuola per seguire le lezioni di Fisica? matita, riga graduata, squadra angoli 30°- 60° e 45°, goniometro e compasso, gomma carta millimetrata quaderno a quadretti per appunti (in classe di teoria e di esercizi e in laboratorio per la relazione sulle esperienze effettuate) calcolatrice scientifica

Quali prerequisiti occorrono per lo studio della Fisica Quali prerequisiti occorrono per lo studio della Fisica? Quali conoscenze? Quali abilità? Quali competenze? le regole elementari dell’aritmetica dei numeri interi e reali le proprietà delle frazioni le proprietà delle potenze le tecniche di calcolo algebrico la risoluzione delle equazioni di primo grado leggi matematiche di proporzionalità diretta e inversa (riconoscerne le differenze) il piano cartesiano come modello le formule per area dei poligoni e area e volume dei solidi notevoli le equivalenze

Perché quei prerequisiti? La fisica si occupa degli aspetti quantitativi e misurabili dei fenomeni e dei corpi, ne cerca possibili relazioni Quantità -> numeri Relazioni -> equazioni La matematica è il linguaggio formale con cui si affronta lo studio della fisica Facciamo una prova: descriviamo una attività come una passeggiata con linguaggio naturale e poi con linguaggio scientifico

Il linguaggio scientifico