RIVOLUZIONE COPERNICANA NASCITA DELLA FISICA CLASSICA Classe 4^D anno scolastico 2004-05 Prof.ssa Adriana Lanza

PRINCIPALI EVENTI STORICI fine dell'Impero romano d'oriente 1453 Maometto II sotto le mura di Costantinopoli nel 1453. Gustave Doré (1832-1883). stati nazionali in Europa, signorie e principati in Italia Lorenzo il Magnifico ( 1449-1492) Qual era la fisica classica (prima del 1900). La legge F=ma è un’equazione del moto che può essere “integrata”  carattere deterministico della meccanica classica. Nota l’equazione del moto si studiano le forze: gravitazione e poi elettromagnetismo. Unificazione dei fenomeni elettrici e magnetici. Onde e.m.: fine della diatriba tra natura corpuscolare (Newton) ed ondulatoria della luce. Le equazioni di Maxwell contengono esplicitamente la velocità della luce, il cui valore numerico si può determinare partendo dalle stesse per via teorica. Ma la velocità dipende dal sistema di riferimento. Ipotesi di Maxwell, le sue equazioni sono valide rigorosamente solo in un sistema di riferimento privilegiato solidale con il mezzo in quiete nel quale la luce si propaga e solo in questo sistema la luce avrà velocità c, mentre in SR in moto rispetto all’etere avrà valori diversi da c. La scoperta dell’America 1492

LE SCOPERTE GEOGRAFICHE LA RIFORMA PROTESTANTE LUTERO 1517 La circumnavigazione 1520 1542: Paolo III istituisce l'Inquisizione romana

Occorrono tecnici preparati sia in campo pratico che in campo teorico Progresso tecnologico L’incremento della produzione e dei commerci fa crescere la richiesta di nuove tecnologie per migliorare le industrie, i trasporti, gli armamenti etc. Occorrono tecnici preparati sia in campo pratico che in campo teorico

CRISI DELLA FILOSOFIA ARISTOTELICA Nel periodo del risveglio della cultura europea, dopo gli anni bui dell’Alto Medioevo, la dottrina aristotelica fu il modello di riferimento per gli studiosi delle Università

dopo la fusione con la dottrina cristiana, operata da S dopo la fusione con la dottrina cristiana, operata da S.Tommaso, la sua influenza divenne dominante.

Nei secoli successivi l’aristotelismo trovò nuovo vigore, grazie alla la riscoperta dei testi originali e al superamento dell'interpretazione che ne era stata data dalla filosofia scolastica Fu però anche oggetto di vari attacchi da parte dei pensatori che volevano contrastare la sua egemonia Francesco Bacone

Il declino della filosofia aristotelica va di pari passo con l’affermarsi di una nuova mentalità scientifica e di un nuovo atteggiamento nei confronti della natura e della divinità. Tutto questo portò ad una vera e propria rivoluzione, la Rivoluzione Rinascimentale, che dalle prime idee innovatrici di Copernico ,nel campo dell’astronomia ,culmina con la nascita del pensiero scientifico moderno

LA RIVOLUZIONE ASTRONOMICA Rinasce in particolare in questo periodo l’interesse per l’astronomia, interesse destato anche dalle nuove esigenze imposte dagli sviluppi della navigazione, del commercio, delle grandi costruzioni . L’astronomo polacco Niccolò Copernico propone un modello alternativo al modello tolemaico , ormai diventato estremamente complicato e artificioso, riprendendo l’ipotesi eliocentrica di Aristarco, più vicina alla rinnovata esigenza di armonia e semplicità .

Copernico espose il suo sistema nel testo “De Revolutionibus” che uscì nel 1543, lo stesso anno della sua morte. Il sistema copernicano, estremamente innovativo, manteneva però alcuni aspetti che lo legavano ancora alla tradizione: per esempio, per Copernico i pianeti si muovevano perché trasportati da sfere materiali rotanti. Inoltre l’universo veniva ancora pensato chiuso all’interno della sfera delle stelle fisse.

A causa del contesto storico in cui viveva, nella sua più famosa opera, il "De Revolutionibus Orbium Coelestium" vi è una palese dimostrazione del timore che si aveva in quell’epoca di urtare la Sacra Scrittura che riteneva la terra al centro dell’universo: non si distingueva infatti fra verità scientifica (che rappresenta un modello, senza la pretesa di dire l’ultima parola sulla realtà) verità filosofica o religiosa. Mettere in crisi il modello geocentrico significava allora scuotere tutto l’edificio della filosofia e della teologia in un periodo in cui, a causa del nascente protestantesimo, tutta l’Europa era scossa da violenti dibattiti teologici tanto che sia la Chiesa cattolica sia quella luterana erano d’accordo sul bisogno di mantenere il modello geocentrico e rifiutare quello eliocentrico

Poiché le osservazioni astronomiche non permettevano una scelta sicura tra un sistema eliocentrico o un sistema geocentrico , il dibattito si svolgeva più che altro su un piano ideologico . Gli intellettuali più inclini alla libertà di pensiero sceglievano il modello copernicano, in nome della maggiore semplicità , mentre gli spiriti più conservatori restavano ancorati al vecchio, rassicurante modello geocentico.

Copernico: “..In mezzo a tutto riposa il Sole, immobile. Chi ,in verità, in questo stupendo edificio avrebbe posto la sorgente di luce in un luogo diverso da quello da cui può illuminare tutte le cose? Così noi troviamo sotto questo ordine , un’ammirevole simmetria nell’Universo e un legame di armonia nel moto e nella grandezza delle sfere , come non se ne può trovare altrove”

Lutero: “ La gente ha prestato ascolto ad un astrologo da quattro soldi, il quale si è dato da fare per dimostrare che è la Terra che gira, e non i cieli e il firmamento, il Sole e la Luna.. Questo insensato vuol sovvertirel’intera scienza astronomica ; ma la Sacra Scrittura ci dice che Giosuè ordinò al sole e non alla Terra di fermarsi” Giosuè ferma il Sole Milano- Duomo

Altre obiezioni volevano essere di carattere scientifico ma in effetti erano dettate dal senso comune e da una cieca fede nella teoria aristotelica del moto

Tycho Brahe: “..se certuni credono che una palla che si lancia in alto dal ponte di una nave in navigazione, ricade nello stesso punto in cui sarebbe caduta se la nave fosse stata ferma, si sbagliano di grosso. Infatti, quando più veloce sarà l’avanzamento della nave, tanto più indietro rimarrà la palla..” “..Ora , che cosa avverrebbe, ti chiedo, se da un grande cannone si sparasse una palla verso l’Oriente e poi dallo stesso cannone e dallo stesso luogo, se ne sparasse un’altra verso l’Occidente?”

GALILEO E LA DISPUTA COSMOLOGICA Il seguente brano tratto dalla dedica al Dialogo sui massimi sistemi  testimonia l’importanza che Galileo riconosceva alle problematiche di carattere cosmologico e, in generale, all’astronomia

“Chi mira più in alto si differenzia più altamente; e’ l volgersi al gran libro della natura, che è’ l proprio oggetto della filosofia, è il modo per alzar gli occhi: nel qual libro, benché tutto quello che si legge, come fattura d’ Artefice onnipotente, sia per ciò proporzionatissimo, quello nientedimeno è più spedito e più degno, ove maggiore, al nostro vedere, apparisce l’opera e l’artifizio. La costituzione dell’ universo, tra i naturali apprensibili, per mio credere, può mettersi nel primo luogo: che se quella, come universal contenente, in grandezza tutt’ altri avanza, come regola e mantenimento di tutto, debbe anche avanzarli di nobiltà.”

L’interesse di Galileo per il dibattito sull’eliocentrismo è comunque legato alla sua ansia di rinnovamento , all’esigenza di sostituire alla morente fisica aristotelica una scienza fondata su una nuova teoria della conoscenza e su un metodo razionale e sperimentale

LA RELATIVITA’ CLASSICA Il principio di relatività classica (o galileiana) riassume le idee innovatrici che permisero a Galileo di fondare una moderna teoria del moto,feconda per gli sviluppi del pensiero , ma anche in grado di contribuire al progresso in campo economico e tecnologico. MAPPA CONCETTUALE

Dal punto di vista prettamente scientifico il modello eliocentrico aveva una conseguenza paradossale per la cultura dell’epoca : il moto della terra

Ad un moto di rivoluzione intorno al sole, si doveva logicamente associare un moto rotatorio della terra. Le principali obiezioni portate avanti dai sostenitori della teoria geocentrica riguardavano: L’impossibilità da parte delle nubi, dei venti, degli uccelli di <<tener dietro>> al moto della terra Gli eventuali effetti della rotazione terrestre sul moto di caduta dei gravi e sul moto dei proiettili in generale.

Per quanto riguarda il secondo punto le prove a sfavore dell’eliocentrismo si concentrarono su due esempi. PERCHE’… SE LASCIAMO CADERE UN GRAVE , PER ESEMPIO DA UN’ALTA TORRE, IL PUNTO D’ARRIVO COINCIDE CON I PIEDI DELLA TORRE? LA TERRA DOVREBBE ESSERSI MOSSA!

LA TERRA DOVREBBE ESSERSI MOSSA! PERCHE’… SE LASCIAMO CADERE UN GRAVE , PER ESEMPIO DA UN’ALTA TORRE, IL PUNTO D’ARRIVO COINCIDE CON I PIEDI DELLA TORRE? LA TERRA DOVREBBE ESSERSI MOSSA! Disegno di Luca Di Rocco 4D

Dal “Dialogo sui due massimi sistemi” SIMP. Cosí è; perché a voler che 'l sasso venisse radendo la torre, quando ella fusse portata dalla Terra, bisognerebbe che 'l sasso avesse due moti naturali, cioè 'l retto verso 'l centro e 'l circolare intorno al centro, il che è poi impossibile. SALV. La difesa dunque d'Aristotile consiste nell'esser impossibile, o almeno nell'aver egli stimato impossibile, che 'l sasso potesse muoversi di un moto misto di retto e di circolare; perché quando e' non avesse avuto per impossibile che la pietra potesse muoversi al centro e 'ntorno al centro unitamente, egli averebbe inteso che poteva accadere che 'l sasso cadente potesse venir radendo la torre tanto movendosi ella quanto stando ferma, e in conseguenza si sarebbe accorto che da questo radere non si poteva inferir niente attenente al moto o alla quiete della Terra.

Argomento dei cannoni di Tycho Brahe vai PERCHE’ SE DUE CANNONI IDENTICI SPARANO DUE PROIETTILI IDENTICI DA PARTI OPPOSTE, LA GITTATA E’ LA STESSA? Il proiettile che si muove nello stesso verso della terra dovrebbe avere una gittata decisamente inferiore, in quanto il cannone segue (per così dire) il proiettile che sta eseguendo il volo

Risultato previsto dalla teoria aristotelica Disegno di Luca Di Rocco 4D

PRINCIPIO DI RELATIVITA’ Tutte queste obiezioni cadono se si accetta un principio di relatività : Nessun esperimento di meccanica eseguito all’interno di un riferimento è in grado di stabilire se il riferimento stesso è in quiete o si muove di moto rettilineo uniforme <<rispetto alle stelle fisse>> Quindi i precedenti esperimenti, eseguiti sulla terra, non possono provare se la terra è in quiete o si muove di moto rettilineo uniforme rispetto alle stelle fisse.

Galileo non enunciò esplicitamente il Principio di Relatività che ora porta il suo nome, ma portò innumerevoli esempi in cui risulta verificato Sintetizzando il celebre brano del “ Dialogo” che inizia con la suggestiva immagine del gran navilio, possiamo affermare che Se in una stanza interna ad una nave, quindi non perturbata dal vento di corsa, eseguiamo un qualunque esperimento di meccanica ( lancio di oggetti, caduta di gocce d’acqua, osservazione del volo di mosche o farfalle , etc, etc..) , se il moto della nave è rettilineo uniforme, non riusciremo mai, dal suo svolgimento , a capire se la nave è ferma o si muove rispetto alla terra

MECCANICA CLASSICA GALILEO Superamento della meccanica aristotelica NEWTON Il meccanicismo Lo spazio assoluto

Meccanica aristotelica e meccanica galileiana Galileo , per confutare gli argomenti a sfavore della teoria copernicana, dovette trovare un modello fisico-matematico e modificare il concetto di moto della tradizione aristotelica, anzi elaborare una nuova teoria del moto, quella che poi fu formalizzata da Newton nei suoi “Principia” Alla base vi è il Principio di inerzia : Un corpo mantiene il suo stato di quiete o di moto solo se non è influenzato da forze esterne.

INERZIA Per Aristotele ogni movimento, naturale o violento, necessita di una causa. Causa del moto naturale è il ritorno del corpo al suo luogo naturale. Causa del moto violento è un motore esterno . IL moto è un processo, un cambiamento , pertanto può persistere solo se persiste la causa Soppressa la causa, naturale o violenta, il moto cesserà (cessante causa cessat effectus ) Per Galileo la velocità di un corpo non soggetto a forze rimane invariata.

RELATIVITA’ DEL MOTO Per Aristotele il movimento è qualche cosa che si “trasferisce” momentaneamente ai corpi, è il “passaggio” all’atto di ciò che è in potenza. Per Galileo non esiste il moto in senso assoluto, ma possiamo parlare solo di moto relativo a un determinato sistema di riferimento

COMPOSIZIONE DEI MOVIMENTI Per Aristotele è impossibile pensare che un corpo sia soggetto a due moti contemporaneamente Per Galileo un corpo soggetto a due moti risultanti, si trova in ogni istante nella stessa posizione che avrebbe assunto se fosse stato sottoposto , separatamente e nello stesso tempo, ai due moti.

CADUTA DEI GRAVI Nell’ ipotesi in cui la Terra sia ferma, l’osservatore vedrà l’oggetto giungere alla base della torre in quanto, si sa, i gravi cadono lungo la verticale. Ma lo stesso accadrà se la terra si muove verso Est, in quanto l’oggetto manterrà durante la caduta la medesima velocità della terra, della quale era animato nell’istante in cui è stato lasciato libero di cadere. L’osservatore terrestre si renderà conto solo del moto di caduta verticale e la traiettoria dell’oggetto non sembra influenzata dal moto della terra.

TRAIETTORIA DEL GRAVE RISPETTO ALLE STELLE FISSE Disegno di Luca Di Rocco 4D

GITTATE La spiegazione è analoga Ciascun proiettile mantiene per inerzia la velocità della terra Il proiettile che si muove nello stesso verso della terra avrà, rispetto alle stelle fisse, una velocità maggiore. Le due gittate saranno uguali perché dipendono dalla velocità relativa al cannone ( o alla terra) che è la stessa per i due proiettili

NEWTON Le idee di Copernico e Galileo giungono a pieno compimento nell'opera di Newton . In meccanica Newton diede contributi essenziali, come la precisa enunciazione dei tre principi fondamentali che ancor oggi sono alla base di questa disciplina. Sua è l’elaborazione del “calcolo delle flussioni”, oggi conosciuto come Calcolo infinitesimale, che sta alla base dell’Analisi moderna e delle equazioni della dinamica.

LEGGE DI GRAVITAZIONE UNIVERSALE Due punti materiali si attraggono con una forza diretta lungo la loro congiungente,di intensità direttamente proporzionale alle rispettive masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. La COSTANTE DI GRAVITAZIONE UNIVERSALE è “G”= 6.67*10-11= (N*m2)/kg2 F = G(m1*m2)/d2

MECCANICISMO Nei secoli successivi il modello proposto da Newton nell’ambito della Meccanica riuscì a spiegare una vasta categoria di fenomeni

La teoria che regolava il comportamento dei componenti di questo modello era la meccanica. La spiegazione di qualsiasi fenomeno era in tal modo concepita come la costruzione di un modello meccanico , basato sull'esistenza di particelle di materia ponderabile, capaci di esercitare reciprocamente forze attrattive agenti a distanza, e di fluidi imponderabili di vario genere (un fluido calorico, un fluido elettrico, uno magnetico ecc.)

PUNTI NODALI DEL MECCANICISMO Questa concezione meccanicistica della fisica si diffuse e si affermò in tutta l'Europa e rimase il paradigma dominante nelle scienze fisiche, se non altro a livello ideologico, fino alla fine del secolo. PUNTI NODALI DEL MECCANICISMO Vai

LO SPAZIO ASSOLUTO L’impossibilità di definire un riferimento assoluto sembra a noi abbastanza naturale, dato che il concetto di Relatività è ormai profondamente radicato nella cultura moderna, ma apparve agli scienziati che proseguirono l’opera di Galileo come un punto debole della costruzione scientifica . Se non esiste un riferimento assoluto, i concetti di moto e quiete perdono completamente significato. Newton sentì perciò il bisogno di fondare la sua meccanica su basi solide e definisce uno Spazio e un Tempo che abbiano realtà autonoma rispetto agli oggetti e ai fenomeni che li coinvolgono.

Lo spazio assoluto, secondo Newton, è un sistema continuo, omogeneo, isotropo e infinito, in cui le figure e gli oggetti si compongono e si relazionano secondo le regole della geometria euclidea. Questa concezione ha risposto per secoli a tutte le esigenze spaziali e figurative proprie della cultura occidentale, di cui Fisica newtoniana e Geometria euclidea furono per lungo tempo i pilastri indiscussi.

APPROFONDIMENTI NASCITA DELL’ASTRONOMIA MODERNA OBIEZIONI ALL’IPOTESI ELIOCENTRICA IL MOTO DEI PROIETTILI COMPOSIZIONE DEI MOVIMENTI MOTI RELATIVI IL PRINCIPIO DI INERZIA IL PRINCIPIO DI RELATIVITA’ CLASSICA INVARIANTI EVOLUZIONE DEL CONCETTO DI SPAZIO