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Il Seicento
Prof. Edoardo Rovida
Il Seicento
• Sviluppo della scienza(dai principi meccanici e dagli strumenti matematici, grandi risultati)
• realizzazioni
• Accademie
• Stampa scientifica
• Mecenatismo scientifico
Sviluppo della scienza
• Evoluzione delle idee rinascimentali
• conquiste scientifiche in campo meccanico
Evoluzione di idee rinascimentali
• Porteranno ai grandi sviluppi settecenteschi, base della scienza moderna: acquisizioni meccaniche e strumenti matematici
Conquiste scientifiche
• Connessione tra aspetti empirici dell’ingegneria e ricerche scientifiche sistematiche
• Transizione tra completo empirismo e tecniche ingegneristiche basate sul calcolo e sulle scienze applicate
• Leonardo: passo avanti decisivo nell’analisi rigorosa dei problemi della dinamica; le sue idee sono sviluppate da Galileo, Huygens, Newton
Collegamento fra ricerche scientifiche e sviluppi pratici
• Alcune speculazioni teoriche portano a sviluppi nelle realizzazioni, i quali producono ulteriori sviluppi teorici(circolo virtuoso) (accentuazione di un fenomeno già apparso nel secolo precedente)
1. Studio del vuoto
2. Pendolo
Collegamento fra ricerche scientifiche e sviluppi pratici: studio del vuoto
• Per opera di Torricelli, Galileo, Pascal
• Diffusione della pompa aspirante
• I risultati portano allo studio della macchina a vapore
Collegamento fra ricerche scientifiche e sviluppi pratici: pendolo
• Sviluppo della precisione della misura del tempo
• Impulso al miglioramento delle parti meccaniche degli orologi: taglio degli ingranaggi, meccanismi di scappamento
Conquiste meccaniche• Meccanica celeste ( Keplero)
• Astronomia(Keplero, Galileo)
• Dinamica (Galileo, Cartesio, Wallis, Huygens, Newton)
• Metodo scientifico(Cartesio)
• Geometria analitica (Cartesio)
• Dinamica dei fluidi (Torricelli, Stevino, Pascal, Guericke, Boyle)
• Teoria dell’elasticità dei corpi(Galileo, Hooke, Bernoulli, Eulero)
• Statica (Varignon)
• Analisi infinitesimale (Newton, Leibnitz)
• Logaritmi(Nepero)
• Utilizzo degli strumenti
• Disputa antichi-moderni
Leggi di Keplero(1571-1630)
• 1. Le orbite dei pianeti sono ellissi, di cui il Sole occupa uno dei fuochi(1609)
• 2. Le aree descritte dai raggi vettori(uniscono il Sole ad un pianeta) sono proporzionali ai tempi impiegati a percorrerle(1609)
• 3. I quadrati dei tempi di rivoluzione dei pianeti sono proporzionali ai cubi dei semiassi maggiori delle loro orbite(1618)
Galileo(1564-1642)
• Studi astronomici
• Metodo scientifico-sperimentale
• Ricerche meccaniche
Galileo: studi astronomici
• Costruisce un telescopio(1609) che utilizza per le osservazioni
• Scopre:• -primi quattro satelliti di Giove• -fasi di Venere• -macchie solari• Sostiene il sistema copernicano(per questo,
condannato dal Sant’Uffizio)
Metodo scientifico-sperimentale
• Non studia direttamente la natura
• La “ricrea” in laboratorio, riproducendone un “modello” osservabile
• Esperimento = “domanda” posta alla natura
• Esempio: piano inclinato per studiare la caduta dei gravi
Galileo: ricerche meccaniche
• Caduta dei gravi
• Concetto di accelerazione
• Concetto di inerzia
• Concetto che l’accelerazione dipende dalle circostanze che determinano il moto
• Teoria del pendolo, poi applicata all’orologio da Huygens
Galileo: caduta dei gravi
• Prima: i corpi cadono tanto più velocemente quanto più sono pesanti (è vero nel vuoto, ma allora il concetto di “vuoto” non era ancora chiarito e neppure concepito: lo sarà dai discepoli di Galileo, Torricelli e Viviani)
• Galileo: dimostra che l’accelerazione di gravità è uguale per tutti i corpi: la differente velocità di caduta dipende dalla resistenza dell’aria
• Oggi: gli astronauti verificano che sulla Luna(assenza di atmosfera) un sasso ed una piuma toccano terra contemporaneamente, partendo dalla stessa altezza
Cartesio(René Descartes)(1596-1650) (fondatore del razionalismo)
• Metodo scientifico
• Geometria analitica
• Dinamica
Metodo scientifico
• Accettare solo ciò di cui si è veramente certi (regola dell’evidenza)
• sezionare i problemi complessi in problemi semplici(regola dell’analisi)
• affrontare i problemi semplici e poi, per sintesi, quelli complessi(regola della sintesi)
• scrivere e documentare tutto(può essere considerato il “padre” della documentazione tecnica)(regola dell’enumerazione)
Dinamica
• Legge di inerzia
• teorema della conservazione della quantità di moto in un sistema isolato
• concetto di lavoro
• concetto di principio dei lavori virtuali
Meccanica dei fluidi
• Idrostatica
• Aeriformi
Idrostatica
• Torricelli (1608-1647) barometro/misura della pressione atmosferica/dà il nome all’unità di pressione(torr)
• Stevino(1548-1620) principio omonimo• Pascal(1623-1662) dà il suo nome alla moderna
unità di pressione / principio omonimo: in un fluido incomprimibile in equilibrio, le pressioni si trasmettono in tutte le direzioni
Torricelli: pressione atmosferica
• Scopre che l’aria ha un peso
• Secondo Aristotele l’aria nell’atmosfera è nel suo luogo “naturale”, quindi non avrebbe dovuto andare né in alto, né in basso e, quindi, non premere
Evangelista Torricelli(1608-1647)
• Pressione atmosferica pari a 760 mm di colonna di Hg e a 9.81 m di colonna di H2O
Aeriformi
• Guericke (1602-1686): esperienze sul vuoto – emisferi di Magdeburgo (dimostra l’esistenza della pressione atmosferica)
• Boyle(1627-1691) : legge di B. e Mariotte”a temperatura costante, il volume di una data quantità di gas è inversamente proporzionale alla pressione”(1662)
Teoria dell’elasticità dei corpi
• Leonardo, Galileo primi tentativi
• Hooke(1635-1703) ut tensio, sic vis(proporzionalità sforzi-deformazioni)
• Bernoulli, Eulero primi risultati sulla flessione
Dinamica
• Cartesio (1596-1650)
• Wallis(1618-1703)
• Huygens(1629-1695)
• Newton(1642-1727)
Wallis(1616-1703)
• Sviluppo dell’opera di Cartesio
• in particolare, completa le basi del principio dei lavori virtuali
• Precursore dell’analisi infinitesimale
Huygens(1629-1695)
• Pendolo composto• Urto elastico• Momento di inerzia• Forza centrifuga• Intuizione della conservazione dell’energia• Realizza e brevetta l’orologio a pendolo(1675)• Tenta di realizzare un motore a scoppio
utilizzando la polvere da sparo(1675)
Newton
• Concetto di massa• generalizzazione del concetto di forza• leggi fondamentali della dinamica
• inerzia• F=ma
• azione e reazione• legge di gravitazione universale• teorema della quantità di moto
Newton legge di inerzia
• Ogni corpo persevera nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, eccetto che sia costretto a mutare quello stato da forze impresse
Newton2° legge
• La variazione di moto di un corpo è direttamente proporzionale alla forza impressa ed avviene lungo la linea retta seconda la quale la forza è impressa
Newtonlegge dell’azione e della reazione
• Le mutue azioni che due corpi esercitano l’uno sull’altro sono sempre uguali ed hanno la stessa direzione ma versi opposti
Newton
Newton: il libro
Statica
• Varignon(1654-1722) porta la statica al livello attuale
Analisi infinitesimale
• Newton
• Leibnitz
Logaritmi• Nepero(o Napier)(1550-
1617) (matematico scozzese
• Sua opera “Logarithmorum canonis descriptio”
• Logaritmi: base del regolo calcolatore(strumento di calcolo fondamentale fino al 1970)
Strumenti
• Scienza: inizia a progredire a contatto con la tecnica(questa crea gli strumenti che fanno progredire la scienza)
• Strumenti: potenziano i sensi e, quindi, la capacità di osservazione
Realizzatori di strumenti
• Galileo: telescopio
• Castelli: termometro(1632)
• Torricelli: barometro(1643)
• Malpighi: microscopio(1660)
• Boyle: pompa pneumatica(1660)
Atteggiamento degli scienziati
• Alcuni: accettano lo sviluppo della tecnica e, quindi, gli strumenti
• Altri: considerano gli strumenti come elementi perturbatori dell’osservazione, soprattutto quando, come nel caso delle stelle, pretendono di scrutare oggetti divini e, quindi, non indagabili
Disputa antichi-moderni
• Dibattito(inizio ‘600) sull’immagine, la funzione, gli obbiettivi della scienza
• Risultato: concezione rinascimentale(sapere = ripristino della sapienza perfetta e classica, perduta nel Medioevo) soppiantata dalla concezione di progresso
• Implica nuove assunzioni
Implica nuove assunzioni
• Perfettibilità del sapere: la conoscenza è un processo in continua crescita, che non diventerà mai definitiva
• Necessità di collaborazione fra scienziati: in opposizione alla gestione “di casta” del sapere(visto come strumento di potere)
• Legame fra scienza e tecnologia: il progresso scientifico è ricco di miglioramenti per la vita dell’umanità
Realizzazioni
• Macchine
• Idraulica e pneumatica
• Produzione dei metalli
• Applicazioni del vapore
• Calcolatrici
• Orologi
Macchina per tornire i maschi di rubinetti(pezzo in un morsa e lavorato con
fresa a tazza) (Branca)
Frantoio(Branca)
Disegno d’assieme e disegni”costruttivi” dei vari pezzi
(Branca)
Idraulica e pneumatica
• Diffusione della pompa aspirante
• Esperimento di Guericke(1650)
• Macchina di Thomas Savery(fine ‘600)(è anche un’applicazione del vapore)
Diffusione della pompa aspirante
l’altezza di aspirazione dipende dalla pressione atmosferica e perciò non può superare i 9 metri
Esperimento di Guericke: emisferi di Magedburgo(1654)
• Due semisfere cave affacciate
• Fa il vuoto all’interno• Diverse coppie di
cavalli non riescono a staccarle
• Dimostra l’esistenza della pressione atmosferica
Produzione dei metalli
• Carbon fossile per alimentare gli altiforni
• Simon Sturtevant(1612) e Dud Duddley(1619) brevettano un sistema per ottenere un combustibile a basso tenore di impurità: il coke, utilizzabile negli altiforni(permette il lavoro a ciclo continuo)
Applicazioni del vapore
• Considerazioni generali
• Giovanni Battista della Porta (1606)
• Giovanni Branca(1629)
• Denis Papin(1690)
• Newton(fine ‘600)
• Macchina di Thomas Savery(1698)
Applicazioni del vapore: considerazioni generali
• Inizia ad essere utilizzato alla fine del XVII secolo
• Prime macchine: impiegano la pressione atmosferica contro il vuoto, creato raffreddando il vapore
• Importanza crescente della fonti di carbone
Giovanni Battista della Porta
• Il fuoco in E fa evaporare l’acqua in D: il vapore prodotto entra in pressione in B, forzando l’acqua contenuta nello stesso B ad uscire attraverso il tubo C
• Con questo sistema, gli ingegneri di Cosimo de’ M.edici, Granduca di Toscana riescono a pompare acqua da una miniera a 50 piedi sottoterra
Giovanni Branca
• Caldaia con busto di bronzo che getta vapore agente su di una ruota a pale(intuizione mai realizzata)
• Mancano regolatore e valvola di sicurezza della caldaia
Pentola di Papin
• Passaggio di stato liquido-vapore: dilatazione
• Passaggio di stato vapore-liquido: generazione del vuoto
• “..dato che fra le proprietà dell’acqua vi è quella per cui una piccola quantità di essa, trasformata in vapore dal calore, ha una forza elastica simile a quella dell’aria, ma con il sopraggiungere del raffreddamento si ritrasforma in acqua , sì che nessuna traccia di tale forza rimane, ho dedotto che potevano essere costruite macchine nelle quali l’acqua con l’aiuto di calore non molto intenso e a poco prezzo, avrebbe potuto produrre il vuoto completo”
• D.Papin
Newton (fine ‘600)
• Carro a reazione con getto di vapore
Macchina di Thomas Savery(fine ‘600)( per prosciugare le miniere)
• vapore ad alta pressione in un recipiente
• acqua fredda sulle pareti: condensazione
• formazione di vuoto
• aspirazione di acqua
Macchine volanti
• Padre Lama da Brescia(1670), partendo dall’osservazione che un gas riscaldato tende a muoversi verso l’alto, preconizza una navicella volante sostenuta da palloni
Le prime calcolatrici
• William Pratt(1616)
• Blaise Pascal (1642)
La calcolatrice di William Pratt(1616)
• E’ un blocco di avorio con indici rotanti in ottone, il tutto contenuto in un finto libro rivestito di pelle scolpito in oro.
• Le colonne a sinistra sono marcate in numeri romani a partire dalla unità, alle decine e così via, fino a 10.000.000.000.
• Le colonne di destra sono in farthing, pence e scellini
La calcolatrice di Pascal(1642)
• Denominata anche “pascalina”
• Utilizzata soprattutto per addizionare e sottrarre importi di denaro
Orologi
• 1583: Galileo scopre il principio di isocronismo del pendolo
• 1610: nasce in Francia la corporazione degli orologiai
• 1656: Huygens costruisce il primo orologio a pendolo
• 1674: Huygens introduce la molla a spirale
Accademie scientifiche
• Considerazioni generali
• Le prime Accademie
• Modo di operare
Accademie scientifiche: considerazioni generali
• Scienza: entra nelle università
• Aumenta il numero di persone cultrici della “filosofia naturale”
• Nascono gruppi di persone che si riuniscono a discutere le nuove questioni e a seguire nil progresso
Le prime Accademie (avvicinano scienza e tecnica: riconoscimento che la tecnica è
strumento di progresso)• Academia Secretorum , Napoli(1560)• Accademia dei Lincei(1603)(studio e diffusione della
fisica, con la visione penetrante della lince)• Royal Society for the Advancement of learning(fondata da
Boyle nel 1645 col nome di Philosophical College)(vi appartiene Galileo)
• Accademia del Cimento(fondata nel 1657 da Leopoldo de’ Medici)
• Accademia delle Scienze di Londra (1662)• Accademia delle Scienze di Parigi(1666) fondata da Luigi
XIV
Accademie scientifiche: modo di operare
• Comunicazione dei risultati delle ricerche di soci
• Discussione
• Accensione di interesse per la scienza fra il popolo
Stampa scientifica
• Fino ad ora: comunicazione fra studiosi solo attraverso scambi epistolari
• Da ora in poi: nascono periodici scientifici: Journal de Savants(Parigi, 1665), Philosophical Transaction(organo ufficiale della Royal Society)
Mecenatismo scientifico
• In forma embrionale ed in ambito letterario-artistico risale all’epoca romana
• Ora si sviluppa in ambito scientifico• Senza il mecenatismo, forse, molte scoperte non ci
sarebbero state o sarebbero avvenute in ritardo• Nel “duello” fra Newton e Leibnitz per la paternità
del calcolo infinitesimale, cìera in gioco anche il prestigio della corte dei duchi di Hannover( alle cui “dipendenze” lavorava Leibnitz)
Esempi di mecenatismo scientifico(1)
• Federico II di Danimarca dona all’astronomo Tycho Brahe un’isola dove istituire un centro scientifico
• Galileo(1610) dedica la scoperta dei satelliti di Giove ai medici, dai quali viene nominato “filosofo di corte”
• Principe Leopoldo de’ Medici: istituisce l’Accademia del Cimento
Esempi di mecenatismo scientifico(2)
• Federico di Prussia: fonda l’Accademia di Berlino• Caterina di Russia: fonda l’Accademia di
S.Pietroburgo• P.Giuseppe Piazzi(1746-1826): direttore
dell’Osservatorio di Palermo, scopre(1801) il pianetino Cerere e lo chiama Cerere Ferdinandea, in onore di Ferdinando, Re delle Due Sicilie e fondatore dell’Osservatorio di Palermo