Luomo, i viventi, lambiente Lezione 3 Scienza, sistemi, materia ed energia Luca Fiorani

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Scienza, tecnologia, scienze ambientali e riflessioni critiche Identificare un problema Raccogliere i dati Fare unipotesi ed elaborare un modello Validare le predizioni Leggi Teorie 2

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Scienza, tecnologia, scienze ambientali e riflessioni critiche Metodo scientifico: "sensate esperienze" e "necessarie dimostrazioni" (Galileo, Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo) Gruppo sperimentale e gruppo di controllo (ma i processi naturali sono estremamente complessi) Cosa significa l'espressione "scientificamente provato"? Nella scienza non esiste la certezza assoluta I sistemi complessi sono difficilmente prevedibili 3

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Scienza, tecnologia, scienze ambientali e riflessioni critiche Differenza tra "scienza di frontiera" e "consenso scientifico" Spesso i media intervistano minoranze inesperte 4

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Scienza, tecnologia, scienze ambientali e riflessioni critiche "La tecnologia è la creazione di un nuovo prodotto e processo sviluppato per aumentare l'efficienza le possibilità di sopravvivenza, il livello di conforto e la qualità della vita" I risultati scientifici sono pubblicati I ritrovati tecnologici sono protetti (brevetti) "Le scienze ambientali sono lo studio di come noi e le altre specie interagiamo uno con l'altro e con l'ambiente non vivente (materia ed energia)" 5

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Scienza, tecnologia, scienze ambientali e riflessioni critiche "Sono una scienza fisica e sociale che integra la conoscenza derivante da un ampio ambito di discipline che includono la fisica, la chimica, la biologia (specialmente l'ecologia), la geologia, la meteorologia, la geografia, l'ingegneria, la conservazione e la gestione delle risorse, la demografia [...], l'economia, la politica, la sociologia e l'etica [...] uno studio interdisciplinare di come le parti della natura e le società umane operano e interagiscono – uno studio dei collegamenti e delle interazioni in natura" 6

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Scienza, tecnologia, scienze ambientali e riflessioni critiche Controversie delle scienze ambientali: validità dei dati complessità dei problemi Comunque dobbiamo prendere decisioni politiche ed economiche 7

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Modelli e comportamento dei sistemi I modelli matematici: approssimano la realtà fanno previsioni sono sviluppati con il metodo "trial and error": ipotesi ( equazioni) (equazioni ) previsioni confronto tra previsioni e osservazioni (revisione delle ipotesi) I modelli matematici sono meglio dei modelli mentali ma non sono esenti da problemi I modelli consentono "esperimenti numerici" 8

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Modelli e comportamento dei sistemi I sistemi hanno input, flussi, uscite 9

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Modelli e comportamento dei sistemi Retroazione positiva o negativa (feedback) Omeostasi del corpo (t 42°, +) 10

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Materia: forme, struttura e qualità Materia (ha massa e occupa spazio) Solida, liquida, aeriforme (vapore, gas), plasma Elementi, composti ionici e covalenti (miscele) Atomi, ioni, molecole Elettroni, protoni, neutroni (nucleo) Numero atomico, numero di massa (isotopi) 11

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Materia: forme, struttura e qualità Composti inorganici (CO, CO 2 e molecole prive di carbonio: H 2 O, NaCl, NH 3 …) Composti organici (naturali e sintetici) idrocarburi (metano) idrocarburi clorurati (DDT, PCB) clorofluorocarburi o CFC (freon) carboidrati (semplici e complessi) aminoacidi (~20) e proteine (milioni) nucleotidi (4) e acidi nucleici (DNA, RNA) geni (sequenze di nucleotidi) e cromosomi 12

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Materia: forme, struttura e qualità 13

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Materia: forme, struttura e qualità 14

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Materia: forme, struttura e qualità Materia di alta qualità: utilizzabile organizzata disponibile 15

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Energia: forme e qualità Energia: "capacità di compiere lavoro" luce, elettricità, calore (temperatura)… cinetica e potenziale radiazione elettromagnetica 16

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Energia: forme e qualità Energia di alta qualità: utilizzabile organizzata disponibile 17

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Trasformazioni fisiche e chimiche e la legge di conservazione della materia Trasformazione fisica: non implica cambiamento della composizione chimica (es.: scioglimento dei ghiacci) Trasformazione chimica: implica cambiamento della composizione chimica (es.: combustione del carbone C+O 2 CO 2 +energia) Conservazione della materia (applicazione al ciclo dei rifiuti) 18

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Trasformazioni nucleari Decadimento naturale radioattivo (radioisotopi) Raggi alfa, beta, gamma Tempo di dimezzamento: iodio-131: 8 giorni stronzio-90: 28 anni uranio-238: 4.5 miliardi di anni Livello sicuro: dopo 10 tempi di dimezzamento 19

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Trasformazioni nucleari Fissione nucleare: massa critica reazione a catena 20

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Trasformazioni nucleari Fusione nucleare: imparare dal Sole… … non è facile (ITER)! 21

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Le due leggi fondamentali dell'energia Prima legge della termodinamica: conservazione dell'energia Seconda legge della termodinamica: nelle trasformazioni dell'energia avviene una perdita della sua qualità (es.: da elettricità a calore) L'energia si conserva ma – in pratica – quella utilizzabile è sempre meno L'energia non si ricicla: importanza dell'efficienza energetica 22

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Le due leggi fondamentali dell'energia La seconda legge della termodinamica influenza la vita (produzione di calore e rifiuti) 23

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Collegamenti: le leggi della materia e dell'energia e i problemi ambientali I Paesi industrializzati hanno un'economia ad alta produzione (anche di calore e di rifiuti) con il rischio di non essere sostenibile 24

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Collegamenti: le leggi della materia e dell'energia e i problemi ambientali I Paesi industrializzati vanno verso un'economia di riciclo dei materiali Rimangono problemi: l'inquinamento la produzione di calore: occorrono sorgenti illimitate di energia di alta qualità alcuni materiali non possono essere riciclati all'infinito Questa economia non è la soluzione finale 25

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente Collegamenti: le leggi della materia e dell'energia e i problemi ambientali La natura ci indica la strada: un'economia a bassa produzione 26

Luca Fiorani – Luomo, i viventi, lambiente 27 Fine della lezione…