Galileo Galilei e l’ingegneria
Lezione del corso di
Storia della Tecnologia
28/03/2008
Filippo Nieddu
La vita di Galileo Galilei / 1
Galileo nacque a Pisa nel 1564
Tra il 1581 e il 1585 frequentò
le lezioni di medicina allo
Studio di Pisa
Nel 1589 diventa lettore di
matematiche presso lo stesso
Studio, carica che mantenne
sino al 1592
Nello stesso 1592 ottiene una
cattedra di matematica presso
l’Università di Padova, dove
rimarrà sino al 1610.
La vita di Galileo Galilei / 2
Ritornò a Firenze nel 1610, e
l’anno successivo fu ammesso
all’Accademia dei Lincei
Le conseguenze della
pubblicazione della sua teoria
cosmologica, la cui
pubblicazione era stata in un
primo momento concordata
con il Vaticano, lo portano nel
1632 al processo
dell’Inquisizione.
Muore l’8 gennaio 1642 nella
sua casa di Arcetri (PI).
Opere principali di Galileo / 1
De motu, 1590 ca. (mai pubblicato - nel quale Galileo afferma,
contro Aristotele, che il peso è una qualità intrinseca dei corpi e
che la leggerezza è solo una proprietà relativa)
Siderus Nuncius, 1610 (nel quale Galileo inizia a tracciare la
propria teoria cosmologica)
Discorso intorno alle cose che stanno in su l'acqua, 1612
Istoria e dimostrazioni intorno alle Macchie Solari, pubblicato
dall'Accademia dei Lincei, 1613
Discorso sopra il flusso e il reflusso del mare, Roma, 1615
Il Discorso delle Comete, 1619 (dove si rende conto delle
apparizioni di tre comete nell’anno 1618, e si tenta di dare
un’interpretazione sulla natura di queste, per concludere che il
sistema tolemaico non spiega in modo preciso i moti dei corpi
celesti)
Opere principali di Galileo / 2
Il Saggiatore, 1623 (in cui continuò la polemica con il gesuita
Orazio Grassi in merito alla natura delle comete)
Dialogo di Galileo Galilei sopra i due Massimi Sistemi del Mondo
Tolemaico e Copernicano, Firenze, 1632 (in cui espose il principio
di relatività e il suo metodo per determinare la velocità della luce)
Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze
attenenti alla mecanica et i movimenti locali, Leida, 1638
(pubblicato in Olanda, tratta le leggi del moto e la struttura della
materia. Si tratta di un’opera tarda, scritta da un Galileo vecchio,
ma è forse la sua opera più importante).
Il pendolo / 1
Galileo era molto interessato ad un approccio di tipo matematico
alla questione del moto; egli cominciò fin da giovane ad analizzare
criticamente la fisica aristotelica che gli era stata insegnata,
attraverso la sperimentazione diretta sugli oggetti.
Si dice che Galileo intraprese lo studio del moto del pendolo nel
1581, dopo aver osservato il moto di oscillazione di una lampada
sospesa nella Cattedrale di Pisa.
Egli si accorse che il periodo di oscillazione di un pendolo e'
indipendente dalla sua ampiezza, e cercò di trovare le relazioni tra
la lunghezza e il peso del pendolo e il suo periodo. In realtà, un
pendolo e' strettamente isocrono soltanto se le sue oscillazioni
sono di piccola ampiezza, come fu scoperto da Huygens pochi
decenni più tardi.
Il pendolo / 2
Un pendolo poté quindi essere
usato come strumento per misurare
gli intervalli di tempo, trovando
applicazione per esempio in
medicina, come misuratore delle
pulsazioni cardiache.
Molti anni più tardi, nel 1641,
Galileo propose l'utilizzo del
pendolo come meccanismo
regolatore degli orologi, e ne
abbozzò un progetto. Tuttavia,
ormai vecchio e cieco, non riuscì a
realizzarlo, e l'orologio a pendolo
venne costruito solo nel 1657, da
Christiaan Huygens.
Il piano inclinato
Effettuando misurazioni a vari
angoli e con varie masse,
Galileo determinò il valore
dell'accelerazione di gravità. Il
valore da lui trovato risulta di
poco inferiore a quello oggi
noto (9,80665 m/s2), a causa
di errori sistematici dovuti
all'attrito, che non poteva
essere completamente
eliminato.
Un piano inclinato avvolto
attorno ad un cilindro prende il
nome di vite.
La caduta dei gravi / 1
Secondo la fisica aristotelica, il moto di un corpo materiale
(grave) è determinato dalle forze alle quali e' soggetto; per un
corpo in caduta, esse sarebbero il suo peso e la resistenza
dell'aria. Quindi, secondo questa visione, un corpo lasciato
cadere da una determinata altezza raggiungerebbe il suolo tanto
più velocemente quanto maggiore è il suo peso.
Galileo cominciò ad investigare criticamente questa ipotesi, come
fecero prima di lui Giuseppe Moletti e Benedetto Varchi, i quali
constatarono che corpi dello stesso materiale ma diverso peso,
lasciati cadere dalla stessa altezza, raggiungono il suolo nello
stesso tempo.
La caduta dei gravi / 2
Lo scienziato pensava dapprima che i corpi cadessero con una
velocità uniforme caratteristica, che dipendeva non dal loro peso,
bensì da una proprietà intrinseca detta gravità specifica. Durante
gli anni in cui insegnava matematica all'Università di Pisa (dal
1589 al 1592), egli cominciò ad esporre questa sua prima teoria
sul moto dei gravi nel libro De Motu.
Nei vent'anni successivi, Galileo fece altri esperimenti ed arrivò
alla conclusione che tutti i corpi nel vuoto (cioè non soggetti alla
resistenza dell'aria o di un altro mezzo materiale) cadono con
accelerazione uniforme, indipendentemente dal materiale di cui
sono composti, dal loro peso o dalla loro forma, e che la distanza
che essi percorrono durante la caduta è proporzionale al
quadrato del tempo impiegato per percorrerla.
Il telescopio / 1
Verso la metà del 1609 Galileo
seppe dell'esistenza di un
cannocchiale, costruito in
Olanda, e lo perfezionò,
dotandolo di lenti ottiche lavorate
con alta precisione e facendone
uno strumento scientifico. Con il
nuovo telescopio, strumento che
migliorava il già esistente
astrolabio, probabilmente
realizzato dall'artigiano fiorentino
Ignazio Dondi, Galilei intraprese
osservazioni per determinare la
posizione del Sole, della Luna e
degli altri corpi celesti.
Il telescopio / 2
Galileo compie una serie di
osservazioni della Luna nel
dicembre 1609, e il 7 gennaio
1610 osserva delle "piccole
stelle" luminose vicine a Giove.
Nel marzo 1610 rivela nel
"Sidereus Nuncius" che si tratta
di 4 satelliti di Giove, che poi
battezza Astri Medicei in onore di
Cosimo II de' Medici. In seguito,
su suggerimento di Keplero, i
satelliti prenderanno i nomi di
Europa, Io, Ganimede e Callisto.
Si mina la validità del modello
tolemaico del cosmo.
Le comete / 1
Nel 1618 comparvero nel cielo tre comete, fatto che attirò
l'attenzione e stimolò gli studi degli astronomi di tutta Europa. Fra
essi, il gesuita Orazio Grassi, matematico del Collegio Romano,
tenne una lezione che ebbe vasta eco, la Disputatio astronomica:
egli sosteneva l'ipotesi che le comete fossero di orgine celeste; ciò
avvalorava il modello di Tycho Brahe (la Terra è posta al centro
del creato, con gli altri pianeti in orbita invece intorno al Sole),
contro l'ipotesi eliocentrica.
Galilei, nonostante la recente ingiunzione al silenzio da parte della
Chiesa, si vide costretto a replicare per difendere la validità del
modello copernicano. Rispose attraverso il Discorso delle Comete
di un suo amico e discepolo, Mario Giudici. Pur sbagliando nel
ritenere le comete oggetti non celesti, il suo testo dimostra le
molte contraddizioni del ragionamento di Grassi e le sue erronee
deduzioni dalle osservazioni delle comete con il cannocchiale.
Le comete / 2
Nel 1623 fu eletto papa Urbano
VIII, che stimava Galileo, e che
forse non avrebbe obiettato a un
nuovo libro. Dopo questo
apparente segno di apertura
mentale da parte del papa,
Galileo si rimise al lavoro. Egli
pubblicò, nel 1623, Il Saggiatore,
nel quale continuava la polemica
con il padre gesuita Grassi e con
le opere di questo De tribus
cometis anni MDCXVIII e Libra
astronomica ac philosophica qua
Galilaei Galilaei opiniones de
Cometis (1619).
I corpi celesti / 1
La Luna, anche osservata ad
occhio nudo, presenta strutture
superficiali: mari, altipiani e
crateri. Nella cosmologia
aristotelica, per la quale tutti i
corpi celesti appartenevano al
regno della perfezione,
l'apparenza della Luna era un
problema. Le regioni scure sulla
sua superficie erano spiegate nel
Medioevo come variazioni della
densità lunare da punto a punto,
le quali avrebbero dato alla
Luna, anche se perfettamente
sferica, l'apparenza che ha.
I corpi celesti / 2
Il telescopio fece crollare
definitivamente il concetto di
perfezione degli oggetti celesti.
Con il suo cannocchiale, Galileo
osservò non solo i "mari" della
Luna, ma anche molte regioni di
dimensioni minori, contornate da
righe scure. Egli notò che la
larghezza di queste linee
cambiava al variare delle fasi
lunari, cioè dell'angolo di
incidenza della luce del Sole.
Galileo concluse quindi che esse
sono ombre e che la superficie
lunare ha montagne e crateri.
Il moto dei proiettili / 1
Nei Discorsi, Galileo affronta il
problema del moto dei proiettili.
Prima di Galileo, si credeva che
un corpo lanciato in direzione
orizzontale, per esempio un
proiettile sparato da un cannone,
si muovesse in direzione
orizzontale fino a quando non
perdeva il suo "impeto",
dopodiché cadeva verso terra,
seguendo una traiettoria
curvilinea che però non era
ancora conosciuta.
Disegno di Galileo che illustra i suoi
esperimenti sul moto dei proiettili
Il moto dei proiettili / 2
Durante lo studio del moto dei
proiettili Galileo si accorse che
essi non sono soggetti soltanto
alla forza che li spinge in
direzione orizzontale, ma anche
alla forza di gravità. La prima
componente agisce come una
forza inerziale (il corpo percorre
una distanza proporzionale al
tempo impiegato per percorrerla).
La seconda invece provoca un
moto uniformemente accelerato, Disegno che illustra il moto parabolico
(la distanza percorsa in verticale dei proiettili, lanciati con diversi angoli
di inclinazione
è proporzionale al quadrato del
tempo impiegato a percorrerla).
Riferimenti bibliografici essenziali
Enrico BELLONE, La stella nuova, Torino : Einaudi,
2003
Thomas S. KUHN, La struttura delle rivoluzioni
scientifiche, Torino : Einaudi, 1999
Karl R. POPPER, Congetture e confutazioni, Bologna
: Il Mulino, 1972
Alexandre KOYRE’, Dal mondo del pressappoco
all’universo della precisione, Torino : Einaudi, 1980
