Galileo Galilei e l’ingegneria Lezione del corso di Storia della Tecnologia 30/03/2007 Filippo Nieddu

La vita di Galileo Galilei / 1 Galileo nacque a Pisa nel 1564 Tra il 1581 e il 1585 frequentò le lezioni di medicina allo Studio di Pisa Nel 1589 diventa lettore di matematiche presso lo stesso Studio, carica che mantenne sino al 1592 Nello stesso 1592 ottiene una cattedra di matematica presso l’Università di Padova, dove rimarrà sino al 1610.

La vita di Galileo Galilei / 2 Ritornò a Firenze nel 1610, e l’anno successivo fu ammesso all’Accademia dei Lincei Le conseguenze della pubblicazione della sua teoria cosmologica, la cui pubblicazione era stata in un primo momento concordata con il Vaticano, lo portano nel 1632 al processo dell’Inquisizione. Muore l’8 gennaio 1642 nella sua casa di Arcetri (PI).

Opere principali di Galileo / 1 De motu, 1590 ca. (mai pubblicato - nel quale Galileo afferma, contro Aristotele, che il peso è una qualità intrinseca dei corpi e che la leggerezza è solo una proprietà relativa) Siderus Nuncius, 1610 (nel quale Galileo inizia a tracciare la propria teoria cosmologica) Discorso intorno alle cose che stanno in su l'acqua, 1612 Istoria e dimostrazioni intorno alle Macchie Solari, pubblicato dall'Accademia dei Lincei, 1613 Discorso sopra il flusso e il reflusso del mare, Roma, 1615 Il Discorso delle Comete, 1619 (dove si rende conto delle apparizioni di tre comete nell’anno 1618, e si tenta di dare un’interpretazione sulla natura di queste, per concludere che il sistema tolemaico non spiega in modo preciso i moti dei corpi celesti)

Opere principali di Galileo / 2 Il Saggiatore, 1623 (in cui continuò la polemica con il gesuita Orazio Grassi in merito alla natura delle comete) Dialogo di Galileo Galilei sopra i due Massimi Sistemi del Mondo Tolemaico e Copernicano, Firenze, 1632 (in cui espose il principio di relatività e il suo metodo per determinare la velocità della luce) Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze attenenti alla mecanica et i movimenti locali, Leida, 1638 (pubblicato in Olanda, tratta le leggi del moto e la struttura della materia. Si tratta di un’opera tarda, scritta da un Galileo vecchio, ma è forse la sua opera più importante).

Il pendolo / 1 Galileo era molto interessato ad un approccio di tipo matematico alla questione del moto; egli cominciò fin da giovane ad analizzare criticamente la fisica aristotelica che gli era stata insegnata, attraverso la sperimentazione diretta sugli oggetti. Si dice che Galileo intraprese lo studio del moto del pendolo nel 1581, dopo aver osservato il moto di oscillazione di una lampada sospesa nella Cattedrale di Pisa. Egli si accorse che il periodo di oscillazione di un pendolo e' indipendente dalla sua ampiezza, e cercò di trovare le relazioni tra la lunghezza e il peso del pendolo e il suo periodo. In realtà, un pendolo e' strettamente isocrono soltanto se le sue oscillazioni sono di piccola ampiezza, come fu scoperto da Huygens pochi decenni più tardi.

Il pendolo / 2 Un pendolo poté quindi essere usato come strumento per misurare gli intervalli di tempo, trovando applicazione per esempio in medicina, come misuratore delle pulsazioni cardiache. Molti anni più tardi, nel 1641, Galileo propose l'utilizzo del pendolo come meccanismo regolatore degli orologi, e ne abbozzò un progetto. Tuttavia, ormai vecchio e cieco, non riuscì a realizzarlo, e l'orologio a pendolo venne costruito solo nel 1657, da Christiaan Huygens.

Il piano inclinato Effettuando misurazioni a vari angoli e con varie masse, Galileo determinò il valore dell'accelerazione di gravità. Il valore da lui trovato risulta di poco inferiore a quello oggi noto (9,80665 m/s2), a causa di errori sistematici dovuti all'attrito, che non poteva essere completamente eliminato. Un piano inclinato avvolto attorno ad un cilindro prende il nome di vite.

La caduta dei gravi / 1 Secondo la fisica aristotelica, il moto di un corpo materiale (grave) è determinato dalle forze alle quali e' soggetto; per un corpo in caduta, esse sarebbero il suo peso e la resistenza dell'aria. Quindi, secondo questa visione, un corpo lasciato cadere da una determinata altezza raggiungerebbe il suolo tanto più velocemente quanto maggiore è il suo peso. Galileo cominciò ad investigare criticamente questa ipotesi, come fecero prima di lui Giuseppe Moletti e Benedetto Varchi, i quali constatarono che corpi dello stesso materiale ma diverso peso, lasciati cadere dalla stessa altezza, raggiungono il suolo nello stesso tempo.

La caduta dei gravi / 2 Lo scienziato pensava dapprima che i corpi cadessero con una velocità uniforme caratteristica, che dipendeva non dal loro peso, bensì da una proprietà intrinseca detta gravità specifica. Durante gli anni in cui insegnava matematica all'Università di Pisa (dal 1589 al 1592), egli cominciò ad esporre questa sua prima teoria sul moto dei gravi nel libro De Motu. Nei vent'anni successivi, Galileo fece altri esperimenti ed arrivò alla conclusione che tutti i corpi nel vuoto (cioè non soggetti alla resistenza dell'aria o di un altro mezzo materiale) cadono con accelerazione uniforme, indipendentemente dal materiale di cui sono composti, dal loro peso o dalla loro forma, e che la distanza che essi percorrono durante la caduta è proporzionale al quadrato del tempo impiegato per percorrerla.

Il telescopio / 1 Verso la metà del 1609 Galileo seppe dell'esistenza di un cannocchiale, costruito in Olanda, e lo perfezionò, dotandolo di lenti ottiche lavorate con alta precisione e facendone uno strumento scientifico. Con il nuovo telescopio, strumento che migliorava il già esistente astrolabio, probabilmente realizzato dall'artigiano fiorentino Ignazio Dondi, Galilei intraprese osservazioni per determinare la posizione del Sole, della Luna e degli altri corpi celesti.

Il telescopio / 2 Galileo compie una serie di osservazioni della Luna nel dicembre 1609, e il 7 gennaio 1610 osserva delle "piccole stelle" luminose vicine a Giove. Nel marzo 1610 rivela nel "Sidereus Nuncius" che si tratta di 4 satelliti di Giove, che poi battezza Astri Medicei in onore di Cosimo II de' Medici. In seguito, su suggerimento di Keplero, i satelliti prenderanno i nomi di Europa, Io, Ganimede e Callisto. Si mina la validità del modello tolemaico del cosmo.

Le comete / 1 Nel 1618 comparvero nel cielo tre comete, fatto che attirò l'attenzione e stimolò gli studi degli astronomi di tutta Europa. Fra essi, il gesuita Orazio Grassi, matematico del Collegio Romano, tenne una lezione che ebbe vasta eco, la Disputatio astronomica: egli sosteneva l'ipotesi che le comete fossero di orgine celeste; ciò avvalorava il modello di Tycho Brahe (la Terra è posta al centro del creato, con gli altri pianeti in orbita invece intorno al Sole), contro l'ipotesi eliocentrica. Galilei, nonostante la recente ingiunzione al silenzio da parte della Chiesa, si vide costretto a replicare per difendere la validità del modello copernicano. Rispose attraverso il Discorso delle Comete di un suo amico e discepolo, Mario Giudici. Pur sbagliando nel ritenere le comete oggetti non celesti, il suo testo dimostra le molte contraddizioni del ragionamento di Grassi e le sue erronee deduzioni dalle osservazioni delle comete con il cannocchiale.

Le comete / 2 Nel 1623 fu eletto papa Urbano VIII, che stimava Galileo, e che forse non avrebbe obiettato a un nuovo libro. Dopo questo apparente segno di apertura mentale da parte del papa, Galileo si rimise al lavoro. Egli pubblicò, nel 1623, Il Saggiatore, nel quale continuava la polemica con il padre gesuita Grassi e con le opere di questo De tribus cometis anni MDCXVIII e Libra astronomica ac philosophica qua Galilaei Galilaei opiniones de Cometis (1619).

I corpi celesti / 1 La Luna, anche osservata ad occhio nudo, presenta strutture superficiali: mari, altipiani e crateri. Nella cosmologia aristotelica, per la quale tutti i corpi celesti appartenevano al regno della perfezione, l'apparenza della Luna era un problema. Le regioni scure sulla sua superficie erano spiegate nel Medioevo come variazioni della densità lunare da punto a punto, le quali avrebbero dato alla Luna, anche se perfettamente sferica, l'apparenza che ha.

I corpi celesti / 2 Il telescopio fece crollare definitivamente il concetto di perfezione degli oggetti celesti. Con il suo cannocchiale, Galileo osservò non solo i "mari" della Luna, ma anche molte regioni di dimensioni minori, contornate da righe scure. Egli notò che la larghezza di queste linee cambiava al variare delle fasi lunari, cioè dell'angolo di incidenza della luce del Sole. Galileo concluse quindi che esse sono ombre e che la superficie lunare ha montagne e crateri.

Il moto dei proiettili / 1 Nei Discorsi, Galileo affronta il problema del moto dei proiettili. Prima di Galileo, si credeva che un corpo lanciato in direzione orizzontale, per esempio un proiettile sparato da un cannone, si muovesse in direzione orizzontale fino a quando non perdeva il suo "impeto", dopodiché cadeva verso terra, seguendo una traiettoria curvilinea che però non era ancora conosciuta. Disegno di Galileo che illustra i suoi esperimenti sul moto dei proiettili

Il moto dei proiettili / 2 Durante lo studio del moto dei proiettili Galileo si accorse che essi non sono soggetti soltanto alla forza che li spinge in direzione orizzontale, ma anche alla forza di gravità. La prima componente agisce come una forza inerziale (il corpo percorre una distanza proporzionale al tempo impiegato per percorrerla). La seconda invece provoca un moto uniformemente accelerato, (la distanza percorsa in verticale è proporzionale al quadrato del tempo impiegato a percorrerla). Disegno che illustra il moto parabolico dei proiettili, lanciati con diversi angoli di inclinazione

Riferimenti bibliografici essenziali Enrico BELLONE, La stella nuova, Torino : Einaudi, 2003 Thomas S. KUHN, La struttura delle rivoluzioni scientifiche, Torino : Einaudi, 1999 Karl R. POPPER, Congetture e confutazioni, Bologna : Il Mulino, 1972 Alexandre KOYRE’, Dal mondo del pressappoco all’universo della precisione, Torino : Einaudi, 1980