© 2010 RCS Libri S.p.A. - Tramontana - Salvatore Passannanti - Carmelo Sbriziolo, Chimica interattiva

L’uomo ha sempre cercato di conoscere la realtà che lo circonda e di interpreta-re i fenomeni naturali. I primi strumenti di cui dispone per raccogliere informa-zioni sono i sensi.

La vista e l’udito sono certamente quel-li utilizzati maggiormente, ma altret-tanto importanti sono l’olfatto, il gusto e il tatto, che ci consentono di percepi-re sensazioni come gli odori, il sapore dolce o amaro, il caldo o il freddo, il li-scio o il ruvido. Non sempre, però, dai sensi riusciamo a ottenere informazio-ni oggettive e inconfutabili sugli eventi che osserviamo. Più spesso arriviamo a conclusioni soggettive, incomplete o addirittura errate.

In natura, in verità, avvengono una infinità di eventi, ma nel descriverli ognuno tende a dare la propria interpretazione. Così, per esempio, durante una partita di calcio, non tutti sono d’accordo sulla concessione di un calcio di rigore: ognu-no interpreta a modo suo i fatti osservati.Perché un evento possa dunque essere considerato un fenomeno è necessario che tutti lo interpretino allo stesso modo. Tuttavia, mentre nel linguaggio comune per fenomeno si intende un fatto incredibi-le o raro, le cose cambiano quando si parla di fenomeni da un punto di vista scien-tifico. Infatti, il termine fenomeno deriva da una parola greca che significa “ciò che appare” ai nostri sensi, quindi si identifica con tutto ciò che avviene in natura. Pertanto:

un fenomeno è un avvenimento che può accadere spontaneamente o artificialmente, che può suscitare il nostro interesse e la nostra curiosità ma che può non avere niente di straordinario.

La pioggia è allora un fenomeno, così come lo è una palla di gomma che cade e poi rimbalza, ma fenomeno è anche un fulmine, che può apparire come un evento straordinario

Fig. 1 L’uomo indaga sulla realtà che lo circonda cercando di spiegare i fenomeni che osserva.

Come lavora lo scienziato

Saper distinguere tra eventi e fenomeni

obiettivoEventi e fenomeni1

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Vi sono fenomeni riproducibili, come la candela che brucia o la palla che rimbalza, e fenomeni non riproducibili, come il fulmine.

I fenomeni, inoltre, possono essere prevedibili o non prevedibili. Così, la caduta di una palla lasciata libera è un esempio di fenomeno pre-vedibile, mentre non è possibile prevedere se e quando un fulmine cadrà durante un temporale.

L’osservazione dei fenomeni naturali è solo il primo passo del tuo lavoro. Per fare in modo che la semplice osservazione di un fenomeno acquisti valore scientifico, bisogna seguire una precisa sequenza di operazioni, abbastanza codi-ficate, che nel loro insieme costituiscono il metodo sperimentale o metodo scientifico, che è alla base della Scienza moderna.

Il metodo sperimentaleSi deve allo scienziato Galileo Galilei la formulazione di un metodo di lavoro utile per l’indagine scientifica. Esso può essere suddiviso nelle 5 fasi che descri-

viamo sfruttando un semplice fenomeno che si manifesta nella nostra vita quotidiana: il riscaldamento di una certa quantità di acqua esposta ai raggi solari.

1. Si osserva il fenomenoOsserviamo che cosa accade se lasciamo su un tavolo un bicchiere pieno d’acqua esposto ai raggi del sole in una calda giornata estiva. Possiamo rilevare diverse informazioni: alcune sono fondamentali per comprendere l’andamento dell’espe-rimento, altre invece sono accessorie e possono rendere inutilmente complesso lo studio del fenomeno.

obiettivoCome si ricava una legge2

Conoscere il percorso che conduce dall’osservazione dei fenomeni alla formulazione di una legge

Classifica gli avvenimenti elencati come eventi o come fenomeni:

1. il raffreddamento dell’aria nelle ore notturne E F

2. l’abilità di un pilota in un sorpasso E F

3. l’accelerazione di un aereo al decollo E F

4. la chiarezza di una spiegazione E F

STOP test di controllo

Scegli il completamento corretto tra quelli proposti. 5. Un evento può essere considerato un fenomeno quando...

a è straordinario

b è possibile interpretarlo in modo oggettivo

c può avere numerose interpretazioni

Fig. 2 Il fulmine è un fenomeno naturale non riproducibile.

quantità di acqua esposta tempo di esposizione riscaldamento spontaneo dell’acqua entità del riscaldamento

Osservazioni rilevanti Osservazioni trascurabili

forma del bicchiere forma e dimensioni del tavolo

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2. Si individuano le grandezze fisichePerché il fenomeno che stiamo osservando abbia validità scientifica occorre indi-viduare le grandezze coinvolte che bisogna misurare.Dal momento che il fenomeno osservato è il riscaldamento dell’acqua, le gran-dezze fisiche da misurare saranno: il volume dell’acqua, la temperatura, il tem-po. Gli strumenti di misura da adoperare saranno dunque, rispettivamente: cilindro graduato, termometro, orologio.

3. Si formula una ipotesiA questo punto, dopo aver osservato il fenomeno, si formula una ipotesi che metta in relazione le gran-dezze fisiche precedentemente individuate.

Si può ipotizzare che l’acqua si riscaldi perché assorbe il calore proveniente dal Sole che, con i suoi raggi, colpisce il bicchiere. Possiamo inoltre ipotizzare che l’entità del riscaldamento dipenda dalla quantità d’ac-qua e dal tempo di esposizione.

4. Si progetta e si effettua un esperimento e si raccolgono i datiL ’ipotesi formulata deve essere verificata con op-portuni esperimenti durante i quali si effettuano le misurazioni delle grandezze precedentemente individuate riportando i dati raccolti in una tabella:

si può, per esempio, spostare il cilindro in cui è stata versata l’acqua in una zona d’ombra: si osserverà che in questo caso, in assenza di raggi solari, l’acqua non si riscalda; si può misurare la temperatura dell’acqua a inter-valli di tempo stabiliti; si possono rilevare le stesse misure variando la quan-tità di acqua.

5. Si formula la leggeNel caso in cui l’ipotesi non venga confermata si deve tornare alla fase 3 e for-mularne una nuova. Se, invece, l’esperimento è in accordo con l’ipotesi, si può procedere all’enuncia-zione della legge riguardante il fenomeno considerato.Nel nostro caso, dall’esame dei dati rilevati possiamo affermare che l’ipotesi prima formulata è valida e pertanto possiamo trarre le seguenti conclusioni:

i raggi solari sono la causa del riscaldamento dell’acqua; la temperatura è tanto più elevata quanto più lungo è il tempo di esposizione; l’aumento di temperatura varia al variare della quantità d’acqua.

La legge che possiamo allora formulare potrebbe essere la seguente: l’aumento della temperatura raggiunta dall’acqua esposta ai raggi del Sole dipende dalla quantità d’acqua e dal tempo di esposizione.

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Il nostro semplice esperimento ci ha consentito dunque di capire meglio in che cosa consiste una legge fisica:

una legge fisica rappresenta la relazione che intercorre tra le grandezze fisiche che intervengono in un fenomeno.

Modelli e teorieQuando lo scienziato non riesce a interpretare, visualizzare e riprodurre in labo-ratorio ciò che studia, si costruisce dei modelli, che sono rappresentazioni ideali,

talvolta intuitive o creative, di una determinata realtà.Tutte le volte, infatti, che il comportamento o l’esi-

stenza stessa di un sistema particolarmente com-plesso sfuggono all’osservazione diretta, lo scien-ziato si costruisce un modello. Così, per esempio, l’atomo e la galassia sono due realtà difficilmente rappresentabili: il pri-mo per le sue dimensioni infinitamente picco-le, l’altra perché talmente vasta da non potere neppure essere immaginata.Mediante il modello, lo scienziato prova quindi

a immaginare quale potrebbe essere la struttura del sistema, oggetto della sua indagine, sulla ba-

se delle informazioni indirette di cui dispone.

Pertanto:

un modello può essere considerato la rappresentazione ideale di un sistema fisico che per la sua complessità non è osservabile direttamente.

Attraverso la formulazione di teorie, invece, si tenta di organizzare le conoscenze sui fenomeni naturali, riconducendole a poche importanti leggi che abbiano va-lidità generale, tali da descrivere la più ampia classe possibile di fenomeni.

Una teoria è una legge generale che consente di spiegare una vasta classe di fenomeni diversi correlandoli tra loro.

Bisogna tenere presente, tuttavia, che le teorie scientifiche non vanno mai intese come verità assolute incontestabili.Può accadere, infatti, che esperimenti più accurati o lo studio di fenomeni mai osservati prima conducano a una modifica di teorie e modelli esistenti e, in alcuni casi, alla loro sostituzione con teorie e modelli completamente nuovi, tal-volta anche in contrasto con i precedenti.

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Completa le frasi inserendo le parole mancanti.

2. Un’ipotesi risulta valida quando viene confermata dagli

……....................…......................…...

3. Una legge fisica rappresenta la relazione che intercorre

tra le ……........................….. ……........................….. che inter-

vengono in un fenomeno.

4. Un modello è la ……..........................................….. ideale di

un sistema fisico non osservabile ……........................…...

STOP test di controllo

1. Il ……........................….. sperimentale si articola in:

1) Osservazione di un ……........................…...

2) Individuazione delle ……........................….. da misurare.

3) ……......................................….. di un’ipotesi.

4) Realizzazione di ……........................….. e raccolta di dati.

5) Formulazione di una ……........................…...

Fig. 3 Modello atomico proposto dallo scienziato Niels Bohr.