RIVOLUZIONE COPERNICANA
E
NASCITA DELLA FISICA CLASSICA
Classe 4^D
anno scolastico 2004-05
Prof.ssa Adriana Lanza
PRINCIPALI EVENTI STORICI
stati nazionali in
Europa,
signorie e principati
in Italia
Lorenzo il Magnifico
( 1449-1492)
fine dell'Impero
romano d'oriente
1453
Maometto II sotto le mura di
Costantinopoli nel 1453. Gustave
Doré (1832-1883).
•La scoperta dell’America 1492
LE SCOPERTE GEOGRAFICHE
LA RIFORMA PROTESTANTE
LUTERO 1517
La circumnavigazione
1520
1542: Paolo III
istituisce l'Inquisizione
romana
Progresso
tecnologico
• L’incremento della
•
produzione e dei
commerci fa crescere la
richiesta di nuove
tecnologie per migliorare
le industrie, i trasporti, gli
armamenti etc.
Occorrono tecnici
preparati sia in campo
pratico che in campo
teorico
CRISI DELLA FILOSOFIA
ARISTOTELICA
• Nel periodo del
risveglio della cultura
europea, dopo gli
anni bui dell’Alto
Medioevo, la dottrina
aristotelica fu il
modello di riferimento
per gli studiosi delle
Università
• dopo la fusione con la
dottrina cristiana,
operata da
S.Tommaso, la sua
influenza divenne
dominante.
• Nei secoli successivi
l’aristotelismo trovò nuovo
vigore, grazie alla la riscoperta
dei testi originali e al
superamento
dell'interpretazione che ne era
stata data dalla filosofia
scolastica
• Fu però anche oggetto di vari
attacchi da parte dei pensatori
che volevano contrastare la
sua egemonia
Francesco
Bacone
Il declino della filosofia aristotelica va di pari passo
con l’affermarsi di una nuova mentalità
scientifica e di un nuovo atteggiamento nei
confronti della natura e della divinità.
Tutto questo portò ad una vera e propria
rivoluzione, la Rivoluzione Rinascimentale, che
dalle prime idee innovatrici di Copernico ,nel
campo dell’astronomia ,culmina con la nascita
del pensiero scientifico moderno
LA RIVOLUZIONE ASTRONOMICA
• Rinasce in particolare in questo periodo l’interesse per
•
•
l’astronomia, interesse destato anche dalle nuove
esigenze imposte dagli sviluppi della navigazione, del
commercio, delle grandi costruzioni .
L’astronomo polacco Niccolò Copernico propone un
modello alternativo al modello tolemaico , ormai
diventato estremamente complicato e artificioso,
riprendendo l’ipotesi eliocentrica di Aristarco,
più vicina alla rinnovata esigenza di armonia e
semplicità .
• Copernico espose il suo
sistema nel testo “De
Revolutionibus” che uscì nel
1543, lo stesso anno della sua
morte. Il sistema copernicano,
estremamente innovativo,
manteneva però alcuni aspetti
che lo legavano ancora alla
tradizione: per esempio, per
Copernico i pianeti si
muovevano perché trasportati
da sfere materiali rotanti.
Inoltre l’universo veniva
ancora pensato chiuso
all’interno della sfera delle
stelle fisse.
• A causa del contesto storico in cui viveva, nella sua più famosa
opera, il "De Revolutionibus Orbium Coelestium" vi è una palese
dimostrazione del timore che si aveva in quell’epoca di urtare la
Sacra Scrittura che riteneva la terra al centro dell’universo: non si
distingueva infatti fra verità scientifica (che rappresenta un modello,
senza la pretesa di dire l’ultima parola sulla realtà) verità filosofica o
religiosa. Mettere in crisi il modello geocentrico significava allora
scuotere tutto l’edificio della filosofia e della teologia in un periodo
in cui, a causa del nascente protestantesimo, tutta l’Europa era
scossa da violenti dibattiti teologici tanto che sia la Chiesa cattolica
sia quella luterana erano d’accordo sul bisogno di mantenere il
modello geocentrico e rifiutare quello eliocentrico
• Poiché le osservazioni astronomiche non
•
permettevano una scelta sicura tra un sistema
eliocentrico o un sistema geocentrico , il
dibattito si svolgeva più che altro su un piano
ideologico .
Gli intellettuali più inclini alla libertà di pensiero
sceglievano il modello copernicano, in nome
della maggiore semplicità , mentre gli spiriti più
conservatori restavano ancorati al vecchio,
rassicurante modello geocentico.
Copernico:
• “..In mezzo a tutto riposa il
Sole, immobile. Chi ,in verità,
in questo stupendo edificio
avrebbe posto la sorgente di
luce in un luogo diverso da
quello da cui può illuminare
tutte le cose?
• Così noi troviamo sotto questo
ordine , un’ammirevole
simmetria nell’Universo e un
legame di armonia nel moto e
nella grandezza delle sfere ,
come non se ne può trovare
altrove”
Lutero:
• “ La gente ha prestato ascolto
ad un astrologo da quattro
soldi, il quale si è dato da fare
per dimostrare che è la Terra
che gira, e non i cieli e il
firmamento, il Sole e la Luna..
• Questo insensato vuol
sovvertirel’intera scienza
astronomica ; ma la Sacra
Scrittura ci dice che Giosuè
ordinò al sole e non alla Terra
di fermarsi”
Giosuè ferma il
Sole
Milano- Duomo
• Altre obiezioni volevano essere di
carattere scientifico ma in effetti erano
dettate dal senso comune e da una cieca
fede nella teoria aristotelica del moto
Tycho Brahe:
• “..se certuni credono che una palla che si lancia in alto
•
dal ponte di una nave in navigazione, ricade nello stesso
punto in cui sarebbe caduta se la nave fosse stata
ferma, si sbagliano di grosso.
Infatti, quando più veloce sarà l’avanzamento della
nave, tanto più indietro rimarrà la palla..”
• “..Ora , che cosa avverrebbe, ti chiedo, se da un grande
cannone si sparasse una palla verso l’Oriente e poi dallo
stesso cannone e dallo stesso luogo, se ne sparasse
un’altra verso l’Occidente?”
GALILEO E LA DISPUTA
COSMOLOGICA
• Il seguente brano tratto
dalla dedica al
• Dialogo sui massimi
sistemi
• testimonia l’importanza
che Galileo riconosceva
alle problematiche
• di carattere cosmologico
e, in generale,
all’astronomia
• “Chi mira più in alto si differenzia più altamente; e’ l
volgersi al gran libro della natura, che è’ l proprio
oggetto della filosofia, è il modo per alzar gli occhi: nel
qual libro, benché tutto quello che si legge, come fattura
d’ Artefice onnipotente, sia per ciò proporzionatissimo,
quello nientedimeno è più spedito e più degno, ove
maggiore, al nostro vedere, apparisce l’opera e l’artifizio.
La costituzione dell’ universo, tra i naturali apprensibili,
per mio credere, può mettersi nel primo luogo: che se
quella, come universal contenente, in grandezza
• tutt’ altri avanza, come regola e mantenimento di tutto,
debbe anche avanzarli di nobiltà.”
• L’interesse di Galileo per il dibattito
sull’eliocentrismo è comunque legato alla
sua ansia di rinnovamento , all’esigenza di
sostituire alla morente fisica aristotelica
una scienza fondata su una nuova teoria
della conoscenza e su un metodo razionale
e sperimentale
LA RELATIVITA’ CLASSICA
• Il principio di relatività classica
(o galileiana) riassume le idee
innovatrici che permisero a
Galileo di fondare una
moderna teoria del
moto,feconda per gli sviluppi
del pensiero , ma anche in
grado di contribuire al
progresso in campo economico
e tecnologico.
• MAPPA CONCETTUALE
MOTO DEI PIANETI
MOTO DEI
PROIETTILI
TEORIA
COPERNICANA
COMPOSIZIONE
DEI MOVIMENTI
PRINCIPIO
DI INERZIA
PRINCIPIO
DI RELATIVITA’
TRASFORMAZIONI
GALILEIANE
• Dal punto di vista prettamente scientifico il
modello eliocentrico
aveva una conseguenza paradossale per la
cultura dell’epoca : il moto della terra
• Ad un moto di rivoluzione intorno al sole, si
•
•
doveva logicamente associare un moto rotatorio
della terra. Le principali obiezioni portate avanti
dai sostenitori della teoria geocentrica
riguardavano:
L’impossibilità da parte delle nubi, dei venti,
degli uccelli di <<tener dietro>> al moto della
terra
Gli eventuali effetti della rotazione terrestre sul
moto di caduta dei gravi e sul moto dei proiettili
in generale.
• Per quanto riguarda il secondo punto le prove a
sfavore dell’eliocentrismo si concentrarono su
due esempi.
• PERCHE’… SE LASCIAMO CADERE UN GRAVE ,
•
PER ESEMPIO DA UN’ALTA TORRE, IL PUNTO
D’ARRIVO COINCIDE CON I PIEDI DELLA
TORRE?
LA TERRA DOVREBBE ESSERSI MOSSA!
• PERCHE’… SE LASCIAMO
•
CADERE UN GRAVE , PER
ESEMPIO DA UN’ALTA
TORRE, IL PUNTO
D’ARRIVO COINCIDE
CON I PIEDI DELLA
TORRE?
LA TERRA DOVREBBE
ESSERSI MOSSA!
Disegno di
Luca Di Rocco 4D
Dal “Dialogo sui due massimi
sistemi”
• SIMP. Cosí è; perché a voler che 'l sasso venisse radendo la torre,
quando ella fusse portata dalla Terra, bisognerebbe che 'l sasso
avesse due moti naturali, cioè 'l retto verso 'l centro e 'l circolare
intorno al centro, il che è poi impossibile.
• SALV. La difesa dunque d'Aristotile consiste nell'esser impossibile,
o almeno nell'aver egli stimato impossibile, che 'l sasso potesse
muoversi di un moto misto di retto e di circolare; perché quando
e' non avesse avuto per impossibile che la pietra potesse
muoversi al centro e 'ntorno al centro unitamente, egli
averebbe inteso che poteva accadere che 'l sasso cadente
potesse venir radendo la torre tanto movendosi ella quanto
stando ferma, e in conseguenza si sarebbe accorto che da questo
radere non si poteva inferir niente attenente al moto o alla quiete
della Terra.
Argomento dei cannoni di Tycho
vai
Brahe
• PERCHE’ SE DUE CANNONI IDENTICI SPARANO
•
•
DUE PROIETTILI IDENTICI DA PARTI OPPOSTE,
LA GITTATA E’ LA STESSA?
Il proiettile che si muove nello stesso verso della
terra dovrebbe avere una gittata decisamente
inferiore, in quanto
il cannone segue (per così dire) il proiettile che
sta eseguendo il volo
Risultato previsto dalla teoria
aristotelica
Disegno di
Luca Di Rocco 4D
PRINCIPIO DI RELATIVITA’
• Tutte queste obiezioni cadono se si accetta un
•
•
principio di relatività :
Nessun esperimento di meccanica
eseguito all’interno di un riferimento è in
grado di stabilire se il riferimento stesso è
in quiete o si muove di moto rettilineo
uniforme <<rispetto alle stelle fisse>>
Quindi i precedenti esperimenti, eseguiti sulla
terra, non possono provare se la terra è in
quiete o si muove di moto rettilineo uniforme
rispetto alle stelle fisse.
• Galileo non enunciò esplicitamente il Principio di
•
•
•
Relatività che ora porta il suo nome, ma portò
innumerevoli esempi in cui risulta verificato
Sintetizzando il celebre brano del “ Dialogo” che inizia
con la suggestiva immagine del
gran navilio, possiamo affermare che
Se in una stanza interna ad una nave, quindi non
perturbata dal vento di corsa, eseguiamo un qualunque
esperimento di meccanica ( lancio di oggetti, caduta di
gocce d’acqua, osservazione del volo di mosche o
farfalle , etc, etc..) , se il moto della nave è rettilineo
uniforme, non riusciremo mai, dal suo svolgimento , a
capire se la nave è ferma o si muove rispetto alla terra
MECCANICA CLASSICA
• GALILEO
• Superamento della meccanica aristotelica
• NEWTON
• Il meccanicismo
• Lo spazio assoluto
Meccanica aristotelica e meccanica
galileiana
• Galileo , per confutare gli argomenti a sfavore
•
•
della teoria copernicana, dovette trovare un
modello fisico-matematico e modificare il
concetto di moto della tradizione aristotelica,
anzi elaborare una nuova teoria del moto, quella
che poi fu formalizzata da Newton nei suoi
“Principia”
Alla base vi è il Principio di inerzia :
Un corpo mantiene il suo stato di quiete o di
moto solo se non è influenzato da forze esterne.
INERZIA
• Per Aristotele 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 .
IL moto è un processo, un cambiamento , pertanto può
persistere solo se persiste la causa
Soppressa la causa, naturale o violenta, il moto cesserà
(cessante causa cessat effectus )
Per Galileo la velocità di un corpo non soggetto a
forze rimane invariata.
RELATIVITA’ DEL MOTO
• Per Aristotele il movimento è qualche
cosa che si “trasferisce”
momentaneamente ai corpi, è il
“passaggio” all’atto di ciò che è in
potenza.
• Per Galileo non esiste il moto in senso
assoluto, ma possiamo parlare solo di
moto relativo a un determinato sistema di
riferimento
COMPOSIZIONE DEI MOVIMENTI
• Per Aristotele è impossibile pensare che
un corpo sia soggetto a due moti
contemporaneamente
• Per Galileo un corpo soggetto a due moti
risultanti, si trova in ogni istante nella
stessa posizione che avrebbe assunto se
fosse stato sottoposto , separatamente e
nello stesso tempo, ai due moti.
CADUTA DEI GRAVI
• Nell’ ipotesi in cui la Terra sia ferma, l’osservatore vedrà
•
l’oggetto giungere alla base della torre in quanto, si sa, i
gravi cadono lungo la verticale.
Ma lo stesso accadrà se la terra si muove verso Est, in
quanto l’oggetto manterrà durante la caduta la
medesima velocità della terra, della quale era animato
nell’istante in cui è stato lasciato libero di cadere.
L’osservatore terrestre si renderà conto solo del moto di
caduta verticale e la traiettoria dell’oggetto non sembra
influenzata dal moto della terra.
TRAIETTORIA DEL GRAVE
RISPETTO ALLE STELLE FISSE
Disegno di
Luca Di Rocco 4D
GITTATE
• La spiegazione è analoga
• Ciascun proiettile mantiene per inerzia la velocità
•
•
della terra
Il proiettile che si muove nello stesso verso della
terra avrà, rispetto alle stelle fisse, una velocità
maggiore.
Le due gittate saranno uguali perché dipendono
dalla velocità relativa al cannone ( o alla terra)
che è la stessa per i due proiettili
NEWTON
• Le idee di Copernico e Galileo
giungono a pieno compimento
nell'opera di Newton . In
meccanica Newton diede
contributi essenziali, come la
precisa enunciazione dei tre
principi fondamentali che
ancor oggi sono alla base di
questa disciplina.
• Sua è l’elaborazione del
“calcolo delle flussioni”, oggi
conosciuto come Calcolo
infinitesimale, che sta alla base
dell’Analisi moderna e delle
equazioni della dinamica.
LEGGE DI GRAVITAZIONE
UNIVERSALE
•
Due punti materiali si
attraggono con una forza
diretta lungo la loro
congiungente,di intensità
direttamente proporzionale
alle rispettive masse e
inversamente proporzionale al
quadrato della loro distanza.
La COSTANTE DI
GRAVITAZIONE UNIVERSALE
è “G”= 6.67*10-11=
(N*m2)/kg2
F = G(m1*m2)/d2
MECCANICISMO
• Nei secoli successivi il modello proposto da
Newton nell’ambito della Meccanica riuscì
a spiegare una vasta categoria di
fenomeni
• La teoria che regolava il comportamento dei
componenti di questo modello era la meccanica.
La spiegazione di qualsiasi fenomeno era in tal
modo concepita come la costruzione di un
modello meccanico ,
basato sull'esistenza di particelle di materia
ponderabile, capaci di esercitare reciprocamente
forze attrattive agenti a distanza, e di fluidi
imponderabili di vario genere (un fluido calorico,
un fluido elettrico, uno magnetico ecc.)
• Questa concezione meccanicistica della
fisica si diffuse e si affermò in tutta
l'Europa e rimase il paradigma dominante
nelle scienze fisiche, se non altro a livello
ideologico, fino alla fine del secolo.
• PUNTI NODALI DEL MECCANICISMO
Vai
LO SPAZIO ASSOLUTO
• L’impossibilità di definire un riferimento assoluto sembra
•
a noi abbastanza naturale, dato che il concetto di
Relatività è ormai profondamente radicato nella cultura
moderna, ma apparve agli scienziati che proseguirono
l’opera di Galileo come un punto debole della
costruzione scientifica .
Se non esiste un riferimento assoluto, i concetti di moto
e quiete perdono completamente significato. Newton
sentì perciò il bisogno di fondare la sua meccanica su
basi solide e definisce uno Spazio e un Tempo che
abbiano realtà autonoma rispetto agli oggetti e ai
fenomeni che li coinvolgono.
• Lo spazio assoluto, secondo Newton, è un
•
sistema continuo, omogeneo, isotropo e infinito,
in cui le figure e gli oggetti si compongono e si
relazionano secondo le regole della geometria
euclidea.
Questa concezione ha risposto per secoli a tutte
le esigenze spaziali e figurative proprie della
cultura occidentale, di cui Fisica newtoniana e
Geometria euclidea furono per lungo tempo i
pilastri indiscussi.
APPROFONDIMENTI
NASCITA
DELL’ASTRONOMIA
MODERNA
• IL PRINCIPIO DI INERZIA
• IL PRINCIPIO DI
OBIEZIONI ALL’IPOTESI
ELIOCENTRICA
•
•
IL MOTO DEI PROIETTILI
COMPOSIZIONE DEI
MOVIMENTI
MOTI RELATIVI
RELATIVITA’ CLASSICA
INVARIANTI
EVOLUZIONE DEL
CONCETTO DI SPAZIO
