La fisica di Aristotele
[384 - 322 a.C.]
Punti fondamentali
Esistenza di “nature” qualitativamente
determinate.
Esistenza di un Cosmo: la credenza cioè
nell’esistenza di principi di ordine, in
virtù dei quali l’insieme degli esseri reali
forma un tutto gerarchicamente ordinato.
Principio teleologico
Tutto ciò che accade in natura si compie
per un dato fine, l’universo è il risultato
di un disegno prestabilito; la sua armonia
è opera di una intelligenza modellatrice1
che tende alla perfezione.
La fisica di Aristotele
• Nello studiare la “natura” Aristotele si
domanda
• a quale fine?
• Ogni cosa in natura è fatta per un fine
• [Aristotele “Fisica”]
• dopo Galileo lo scienziato si chiede
• in che modo?
• “…i discorsi nostri hanno a essere intorno
al mondo sensibile, e non sopra un mondo
di carta”
• [Galileo Galilei, "Dialogo sopra i due
massimi sistemi del mondo" (1632)]
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La fisica di Aristotele
Mondo sublunare
[Terra]
mutamento
nascita/morte
generazione/corruzione
quattro elementi
Terra Acqua
pesanti
Aria
Fuoco
leggeri
corpi materiali
mescolanza dei quattro elementi
"pesantezza" e "leggerezza"
determinata dalla proporzione dei
4 elementi
moto
processo divenire
mutare
in se stesso e rispetto agli altri
[stato transitorio]
Mondo celeste
[Stelle e Pianeti]
Inalterabilità
quinto elemento
etere
solido cristallino
imponderabile
trasparente immutabile
stelle e pianeti
fissati alle sfere celesti rotanti
tutte costituite di etere
moto
circolare perfetto
senza inizio nè fine
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Concetto aristotelico di moto
• Aristotele considera moto non solo il
mutamento di luogo (moto locale)
ma anche l’alterazione qualitativa,
l’aumento o diminuzione quantitativi
e, in taluni casi, la generazione e la
corruzione.
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Moti del mondo terrestre
Luogo naturale
Terra e Acqua
Aria e Fuoco
Centro dell'universo
Regioni "superiori"
Quiete
possibile solo nel luogo
naturale
non necessita di una
causa
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Moti del mondo terrestre
Moto
Naturale
secondo natura
Il corpo muove verso il
luogo naturale
Aria
Fuoco
leggeri
[traiettoria rettilinea]
Terra
Acqua
pesanti
finalità
portare il corpo alla
quiete
nel suo luogo naturale
Violento
contro natura
Il corpo si allontana dal
luogo naturale
Terra
Aria
Acqua
Fuoco
non può essere
perpetuo
necessita di una causa
[motore]
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La dinamica aristotelica
• Ad ogni corpo per sua natura, determinata dalla miscela dei
quattro elementi che lo compongono, compete un luogo
naturale.
• Nel luogo naturale, se non intervengono cause esterne, i
corpi si mantengono in quiete.
• Il moto è qualche cosa che si “trasferisce”
momentaneamente ai corpi, trasformandoli in sé stessi e
rispetto agli altri; è il “passaggio” all’atto di ciò che è in
potenza.
• 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 in contatto
(non sono ammesse azioni a distanza) con il mobile.
• Soppressa la causa, naturale o violenta, il moto cesserà
(cessante causa cessat effectus).
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La dinamica aristotelica
• Moto naturale
• La velocità dei corpi in moto naturale è
direttamente proporzionale alla
“grandezza” del corpo che ne determina la
pesantezza o leggerezza.
• Più un corpo è grande, più rapidamente
esso compie il moto che gli è peculiare.
(Del cielo, 290a)
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La dinamica aristotelica
•
Moto violento
• La velocità dei corpi in moto violento è direttamente proporzionale
alla forza applicata (motore).
• La velocità dei corpi in moto violento è inversamente
proporzionale alla “grandezza” del corpo.
•
Sia A il motore, B il mosso, C la lunghezza percorsa, D il tempo in cui si
attua il movimento. In un tempo uguale la forza uguale A muoverà la
metà di B per il doppio di C, e muoverà C nella metà di D: tale, infatti sarà
la proporzione. E, inoltre, se la stessa forza muoverà lo stesso oggetto in
questo tempo qui secondo tanta lunghezza, e lo muoverà secondo la metà
della lunghezza nella metà del tempo, anche la metà della forza muoverà
parimenti la metà dell’oggetto in uguale tempo secondo una lunghezza
uguale. (Fisica, 249b)
•
Se però, fra la “grandezza” del corpo e la forza applicata vi è una grande
sproporzione, allora è possibile che non si produca alcun movimento.
Se però E muove F per uno spazio C in un tempo D, non segue
necessariamente che E possa in un tempo eguale muovere una massa
doppia di F per metà dello spazio C; potrebbe darsi invero che non
provocasse alcun movimento. (Fisica, 249b)
•
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Ruolo del mezzo
• ..gli oggetti che sono lanciati si muovono
sebbene ciò che ha impresso loro impulso
non sia in contatto con essi, vuoi per il
reciproco sostituirsi, come sostengono
alcuni, vuoi perché l’aria che è stata spinta
imprime loro un moto più veloce del moto
naturale col quale il proiettile si muove
verso il suo luogo naturale. (Fisica, 215a)
• Il moto violento dei corpi, una volta
separati dal motore, si mantiene grazie ad
una “reazione “ del mezzo attraversato dal
corpo in movimento.
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Ruolo del mezzo
• E sempre il movimento sarà tanto
più veloce quanto il mezzo sarà più
incorporeo, meno resistente e più
facilmente divisibile.(Fisica, 215b)
• La velocità dei corpi è inversamente
proporzionale alla densità del mezzo.
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Il vuoto
• Il vuoto rende impossibile tanto il moto naturale
quanto quello violento!
Moto naturale: senza la resistenza offerta dal
mezzo, la velocità sarebbe infinita e quindi i corpi
si muoverebbero istantaneamente, assurdo!
Moto violento: il vuoto, non essendo un mezzo,
non può ricevere o trasmettere il movimento ;
pertanto un moto violento nel vuoto equivarrebbe
ad un moto senza motore, assurdo!
• L’idea di vuoto non è compatibile con
l’interpretazione di moto come mutamento e
processo.
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Il Cosmo
• Il cosmo è una sfera finita, avente la terra come suo
centro e la sfera delle stelle fisse come frontiera.
• La terra, luogo naturale verso cui tendono i corpi
pesanti, è un corpo finito al centro del cosmo in quiete
assoluta.
• La finitezza del cosmo deriva anche dal suo moto
circolare, altrimenti saremmo costretti ad ammettere
l’esistenza di una velocità infinita: se il cielo fosse
infinito e ruotasse circolarmente, esso percorrerebbe
una distanza infinita in un tempo finito,......ma noi
sappiamo che ciò è impossibile. (Del cielo, 272b).
• L’intero ordine del cosmo, e in particolare i movimenti
circolari delle sfere celesti e degli astri in esse infissi,
essendo eterno rende eterno lo stesso cosmo.
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Punti deboli della
concezione aristotelica.
• Ipotesi che i corpi pesanti possano
essere mossi per una reazione
dell’aria.
• Duplice funzione dell’aria come
sostegno del moto in assenza di
motore e come mezzo che ritarda il
moto di caduta
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Teoria dell’impetus
• Moto di un corpo lanciato verso
l’alto
1.
L’impetus o
leggerezza trasferita
al mobile dal
motore, maggiore
della sua pesantezza
“naturale”,
determina il moto
ascensionale.
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Teoria dell’impetus
2.
Salendo, l’impetus si
consuma, la velocità
diminuisce sino ad
annullarsi alla quota
massima; in questo
punto la leggerezza
uguaglia la
pesantezza.
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Teoria dell’impetus
3.
La prima fase della
discesa risulta
accelerata in quanto
la leggerezza residua
ritarda lo stabilirsi
del moto uniforme.
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Teoria dell’impetus
4.
Esaurito
completamente
l’impetus il moto
diventa uniforme e
la velocità di regime
è proporzionale al
peso specifico
relativo del corpo.
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Velocità ∝ peso? Esperimento.
considerando che ogni considerando i pesi
corpo tende a
P3 = P2 + P1
mantenere la sua
P3 > P2 > P1
velocità
il più piccolo ritarda il
più grande
v3>v2>v1
il più grande velocizza il
più piccolo
v1<v3<v2
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Esperimento di Galileo
Il tempo di caduta delle sfere è ottenuto pesando la quantità
d’acqua che, nel medesimo tempo, fuoriuscendo attraverso un
sottile cannello dal secchio, viene raccolta in un recipiente.
Si misura il tempo di caduta della sfera variando in modo
controllato la lunghezza di caduta. Per ogni lunghezza si ripete più
volte la misura del tempo.
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Esperimento di Galileo
• Facendo percorre alla palla un quarto della
lunghezza totale del piano si ottiene
puntualissimamente la metà del tempo
precedente.
• Facendo poi l’esperienze di altre parti, … ,per
esperienze ben cento volte replicate, sempre
s’incontrava gli spazi passati essere tra di loro
come i quadrati de i tempi, e questo in tutte le
inclinazioni del piano.
s∝t
2
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Legge di caduta dei corpi
• La velocità di un corpo che cade
aumenta proporzionalmente col
tempo.
• L’accelerazione della caduta è la
stessa per tutti i corpi.
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Punti fondamentali del
metodo galileiano
• L’aver spostato l’obiettivo primario della
ricerca sulla natura, dalla determinazione
delle cause alla descrizione dei suoi
fenomeni attraverso l’individuazione dei
loro caratteri essenziali.
• Aver introdotto la matematica nella
descrizione fisica della natura sia come
strumento logico deduttivo che come
linguaggio attraverso il quale esprimere le
sue leggi e consentire una loro verifica
oggettiva.
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