Fisica - Deutsches Museum: Deutsches Museum · La misura della pressione atmosferica può essere...

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Progetto “100 classi” IIS di Zagarolo IV A e IV B - ITIS “A.Meucci” IA – Liceo Scientifico “C.Cavour” VF 1 Fisica Introduzione Meccanica Oscillazioni e onde Calore Elettricità Ottica Fisica atomica, nucleare e delle particelle Esperimenti nell’esposizione di fisica L’allestimento della mostra segue la traccia dello sviluppo storico che ha separato i diversi campi secondo i sensi dell’uomo. La meccanica tratta i movimenti dei corpi, specialmente sotto l’azione di forze esterne. Un importante ramo della meccanica è la teoria delle oscillazioni, che è diventata un elemento di tutti gli altri rami della fisica, per esempio dell’ottica. Semplici leggi della meccanica e dell’ottica erano già conosciute nell’antica Grecia, ma progressi sostanziali sono iniziati solo intorno al 1600. Una teoria sul calore si è sviluppata intorno al 1700 con la costruzione dei primi termometri. I fenomeni elettrici, comunque, non corrispondono strettamente a una singola percezione sensoriale umana. Il loro studio scientifico è iniziato nel XVIII secolo. La speculazione filosofica sulla struttura della materia, degli atomi e delle molecole può essere rintracciata nell’antica Grecia. Spiegazioni di tipo sperimentale, comunque, sono state ricavate solo a partire dalla ricerca del XIX secolo. All’inizio del XX secolo si è sviluppato un campo della conoscenza che trattava le parti degli atomi, ossia le particelle elementari, ed è diventato la base di quella che è la fisica moderna. L’evoluzione storica dei singoli rami, comunque, è stata abbastanza diversa e sarà descritta più dettagliatamente nelle pagine che seguono. In tutte le aree dell’esposizione si possono trovare esperimenti e dimostrazioni. Alcuni di questi li presentiamo sul Web: cercate le pagine degli esperimenti! La fisica è una scienza che sta alla base dell’intero campo della tecnologia. Indaga le regolarità osservabili nella natura inanimata, servendosi dello studio teorico e della sperimentazione. È una scienza esatta; ciò significa che esprime queste relazioni in formule matematiche, usando determinati simboli.

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Progetto “100 classi”

IIS di Zagarolo IV A e IV B - ITIS “A.Meucci” IA – Liceo Scientifico “C.Cavour” VF 1

Fisica • Introduzione

• Meccanica • Oscillazioni e onde • Calore • Elettricità • Ottica • Fisica atomica, nucleare e delle particelle • Esperimenti nell’esposizione di fisica

L’allestimento della mostra segue la traccia dello sviluppo storico che ha separato i diversi campi secondo i sensi dell’uomo. La meccanica tratta i movimenti dei corpi, specialmente sotto l’azione di forze esterne. Un importante ramo della meccanica è la teoria delle oscillazioni, che è diventata un elemento di tutti gli altri rami della fisica, per esempio dell’ottica. Semplici leggi della meccanica e dell’ottica erano già conosciute nell’antica Grecia, ma progressi sostanziali sono iniziati solo intorno al 1600. Una teoria sul calore si è sviluppata intorno al 1700 con la costruzione dei primi termometri. I fenomeni elettrici, comunque, non corrispondono strettamente a una singola percezione sensoriale umana. Il loro studio scientifico è iniziato nel XVIII secolo. La speculazione filosofica sulla struttura della materia, degli atomi e delle molecole può essere rintracciata nell’antica Grecia. Spiegazioni di tipo sperimentale, comunque, sono state ricavate solo a partire dalla ricerca del XIX secolo. All’inizio del XX secolo si è sviluppato un campo della conoscenza che trattava le parti degli atomi, ossia le particelle elementari, ed è diventato la base di quella che è la fisica moderna. L’evoluzione storica dei singoli rami, comunque, è stata abbastanza diversa e sarà descritta più dettagliatamente nelle pagine che seguono.

In tutte le aree dell’esposizione si possono trovare esperimenti e dimostrazioni. Alcuni di questi li presentiamo sul Web: cercate le pagine degli esperimenti!

La fisica è una scienza che sta alla base dell’intero campo della tecnologia. Indaga le regolarità osservabili nella natura inanimata, servendosi dello studio teorico e della sperimentazione. È una scienza esatta; ciò significa che esprime queste relazioni in formule matematiche, usando determinati simboli.

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Fisica • Introduzione

• Meccanica • Oscillazioni e onde • Calore • Elettricità • Ottica • Fisica atomica, nucleare e delle particelle • Esperimenti nell’esposizione di fisica

Meccanica dei solidi I bisogni del lavoro quotidiano hanno costretto presto l’uomo a servirsi dei principi della fisica, pur non avendone una chiara comprensione. Le leve semplici e il piano inclinato sono stati i primi strumenti dell’uomo. Viti usate come meccanismi di guida e pulegge furono aggiunte solamente nell’antica Grecia. La credenza che l’uomo fosse capace di sopraffare la natura (di qui l’origine della parola “meccanica” in greco) persistette per molto tempo. Una delle scoperte che ha anticipato l'era moderna fu realizzata con il dato che era possibile, tramite una macchina, alzare un carico pesante con poca forza, a condizione che la distanza coperta dalla forza venisse aumentata in modo corrispondente, così che il lavoro svolto fosse lo stesso, come se il carico fosse stato alzato direttamente. Questa fu una scoperta che venne estesa alla legge generale, nota come il "principio della conservazione dell’energia" (XIX secolo), legge che ha guadagnato un’importanza fondamentale nel campo della fisica e della tecnologia. Una parte decisiva nell'evoluzione della meccanica verso le scienze matematiche fu giocata da Galileo (agli inizi del XVII secolo). Nel 1687 Isaac Newton introdusse una sistema di idee riguardanti la meccanica che ebbe un’influenza decisiva sulla civiltà europea del XVIII e XIX secolo. Questa teoria divenne un punto di riferimento per tutti i successivi tentativi di approfondire la conoscenza scientifica della natura. Così la matematica divenne il fondamento della fisica. La teoria della meccanica dei solidi parte dal presupposto che gli atomi siano connessi rigidamente tra di loro. Nelle sale seguenti di questa sezione gli elementi della meccanica e le loro relazioni sono spiegati da semplici esperimenti. Le grandezze fisiche fondamentali sono: massa, lunghezza, tempo. Tutte le altre grandezze, come la forza, il lavoro, l’energia, sono combinazioni di queste grandezze fondamentali.

Primi strumenti meccanici

Lo studio di Galileo Galilei

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Meccanica dei liquidi e dei gas La produzione di gas estremamente rarefatti ha una speciale importanza nella tecnologia del vuoto. La misura della pressione atmosferica può essere dimostrata in un esperimento particolarmente interessante. Il più famoso probabilmente è l'esperimento di Otto von Guericke, il quale - attraverso la sua macchina pneumatica - dimostrò nel 1663 che era possibile produrre spazi di aria altamente rarefatta. In questo modo egli confutò l'opinione diffusa all’epoca, secondo la quale “la natura teme il vuoto" (horror vacui). L’idrodinamica si occupa di liquidi e gas in movimento. La ricerca in questo campo è essenziale per tutte le attività nelle quali hanno importanza le sostanze fluide e i gas, specialmente nella costruzione di navi e aerei.

Le leggi fondamentali che sono alla base della meccanica dei liquidi e dei gas in quiete (idrostatica) erano in parte note nell’antichità. Intorno al 250 a.C. Archimede trasse conclusioni importanti dal fenomeno del galleggiamento dei corpi e nel I secolo d.C. Erone di Alessandria introdusse il concetto di pressione atmosferica nella spiegazione dei suoi strumenti. Ma anche in questo campo non vi sono stati ulteriori sviluppi fino all’età moderna. Le molecole dei liquidi, se paragonate a quelle dei corpi solidi, si possono muovere più liberamente le une rispetto alle altre. Questo spiega perché fluiscono facilmente e perché prendono la forma del recipiente che le contiene. Comunque, la compressione di liquidi è quasi impossibile, dato che le loro molecole sono così vicine. Le molecole di un gas, al contrario, sono quasi interamente indipendenti, dato che si muovono nello spazio a disposizione. Possono perciò essere compresse facilmente, rispetto a quelle dei solidi e dei liquidi.

Pompa con emisferi di Magdeburgo di Otto von Guericke, 1663 (originali)

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Fisica • Introduzione

• Meccanica • Oscillazioni e onde • Calore • Elettricità • Ottica • Fisica atomica, nucleare e delle particelle • Esperimenti nell’esposizione di fisica

Oscillazioni e onde La prima oscillazione mai studiata dettagliatamente fu quella del pendolo (Galileo, 1609). La propagazione di onde sulla superficie dell’acqua, così come anche delle onde acustiche, fu poi descritta più precisamente da Newton (1687). Comunque, fino al XVII secolo non fu posta una base per una comprensione più profonda di questi fenomeni. Le oscillazioni sono movimenti periodici nei quali lo stato di quiete e il movimento si alternano continuamente, come avviene nel pendolo dell’orologio. Le oscillazioni si possono diffondere nello spazio circostante e la formazione di onde, come per esempio nell’acqua, ne sono la prova. Una proprietà speciale delle onde è quella di amplificarsi o estinguersi, nel caso in cui si incontrino più onde. Questo fenomeno è chiamato interferenza. La teoria delle oscillazioni ebbe dapprima grande importanza nella meccanica. Venne applicata, per esempio, all’intero campo dell’acustica, in quanto le onde sonore non sono altro che onde di aria compressa e rarefatta che si propagano. Successivamente la teoria ondulatoria è divenuta un elemento essenziale di altri rami della fisica. Si pensi solo alle oscillazioni elettriche e alla propagazione di onde elettromagnetiche. Lo stesso si applica all'ottica, perché la luce può essere descritta come un'onda elettromagnetica. Molti esperimenti nell’esposizione del museo illustrano oscillazioni meccaniche e acustiche. Tra le varie esperienze possibili vengono anche dimostrate la propagazione di onde e il fenomeno dell’interferenza, l'amplificazione reciproca e l'estinzione di due campi di onde.

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Calore Nel corso del XVIII secolo si comprese che, per quanto riguarda il calore, due concetti diversi devono essere distinti: temperatura e quantità di calore. Corpi che hanno la stessa temperatura, pur tuttavia possono contenere quantità di calore differenti. Per molto tempo si è pensato che il calore fosse una sostanza che penetrava i corpi. Fu solo all'inizio del XIX secolo che venne accettata l’idea che ciò che era definito calore in realtà consisteva nel moto casuale delle molecole. Allora divenne possibile associare il calore alla legge della conservazione dell’energia meccanica. Ciò portò al principio generale "della conservazione dell’energia", enunciato per la prima volta da Julius Robert Mayer nel1842: " L’energia non può essere generata, ma solamente convertita da una forma a un’altra ". Questa è una delle Leggi della Termodinamica. Un grande impulso alla fisica di base è stato dato dagli sviluppi successivi nello studio del calore. Problemi si presentarono in collegamento con la radiazione; la soluzione elaborata da Max Planck (1900) condusse alla teoria dei quanti. In quest’area dell'esposizione ci sono ovviamente molti esperimenti e dimostrazioni dedicati alla teoria del calore. Eccone alcuni: Effetto Thomson-Joule Modello illustrativo di un processo di refrigerazione Moto Browniano Conduzione del calore Radiazione del calore Macchina di liquefazione dell'aria Riduzione del punto d'ebollizione Termometro a resistenza

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Termodinamica La termodinamica è la branca della teoria del calore che si occupa della relazione tra calore e lavoro. I principi fondamentali vengono chiamati “ leggi della termodinamica ”.

Prima legge della termodinamica ( conservazione dell’energia )

Formulazione storica:

Il calore è una forma di energia. L’energia (la capacità di compiere lavoro) può solamente essere convertita in varie forme, e non può essere creata dal nulla o distrutta (Robert Mayer, 1842; James Prescott Joule, 1843; Hermann von Helmholz, 1847). Un “perpetuum mobile”, ossia una macchina capace di produrre lavoro dal nulla in modo continuo, è impossibile. Seconda legge della termodinamica Formulazione storica: Il lavoro di una macchina che produce calore,la cui parte motrice ritorna sempre nella stessa posizione, in una sequenza regolare, viene sempre associato a un trasferimento di calore da una temperatura più alta a una più bassa (Sadi Carnot,1824).Una macchina termica, nella quale ciò non avvenisse, potrebbe, per esempio, esaurire la grande quantità di calore immagazzinata negli oceani e convertirla in lavoro (in questo caso ci sarebbe il raffreddamento dei mari). Questo tipo di macchina non è realizzabile.

Apparato originale di Robert Mayer, 1868, per la misura dell’equivalente meccanico della caloria

Robert Mayer formulò la Prima Legge della Termodinamica nel 1842 (sulla conservazione dell’energia)

Sadi Carnot (1796-1832) formulò la seconda legge della termodinamica nel 1824

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La terza legge della termodinamica Formulazione storica:

Il fisico Walter Hermann Nerst (1864-1941) formulò la terza legge della termodinamica nel 1906. La formulazione divenne nota come “il teorema del calore di Nerst ”. Essa afferma che l’entropia (cioè la misura del grado di disordine nelle reazioni chimiche) si avvicina al valore dello zero quando la temperatura

si avvicina allo zero assoluto (-273°C). Questo implica che lo zero assoluto non può essere mai raggiunto. Nerst è considerato uno dei fondatori della chimica fisica. Per la sua scoperta egli ricevette il premio Nobel per la chimica nel 1920.

Walter Nernst, 1895

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Fisica • Introduzione

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Elettricità La parte della mostra dedicata all’elettricità e al magnetismo presenta un ampio numero di esperimenti così come di oggetti storici originali di Georg Simon Ohm, André Marie Ampère, Heinrich Hertz. I tubi e gli strumenti originali con i quali Conrad Röntgen scoprì i raggi X sono anch’essi esposti. I primi esperimenti in questo campo furono eseguiti da Henry Cavendish (intorno al 1771) e Charles Augustin de Coulomb (1785). Essi dimostrarono che la forza che agisce tra due cariche elettriche è molto simile alla forza di attrazione di due masse, descritta nella legge di gravitazione di Newton. Particolare importanza ha, comunque, la corrente elettrica. Sappiamo bene che la corrente elettrica passa attraverso cavi metallici. Gli esperimenti relativi alle zampe della rana, condotti da Luigi Galvani (1786), diedero il via a una investigazione accurata del fenomeno della corrente elettrica. Nel 1820 Christian Oersted scoprì il campo magnetico della corrente elettrica. Con misurazioni accurate, Georg Simon Ohm trovò le relazioni fondamentali tra voltaggio, corrente e resistenza. La scoperta effettuata da Michael Faraday del fatto che il movimento di un magnete, rispetto a un circuito conduttore, producesse una corrente elettrica (legge dell’induzione,1831) evidenziò un ulteriore collegamento tra processi elettrici e magnetici. James Clerk Maxwell raccolse tutti i

Avvolgimento metallico di Georg S. Ohm

Strumenti di Henrich Hertz, 1887 Tubi a vuoto di Wilhelm Conrad Röntgen,

1895/1896

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concetti del suo tempo e li ampliò; il risultato fu un mirabile sistema teorico di elettrodinamica (posteriore al 1856) che comprendeva i fenomeni elettrici e quelli magnetici. Questa teoria fu la base per giungere a ulteriori conclusioni. Essa anticipò l’esistenza delle onde elettromagnetiche, scoperte da Heinrich Hertz nel 1887-89. Oggi queste onde ci sono familiari, perché utilizzate dalla radio e dalla televisione. Esperimenti sulle scariche elettriche nei gas (iniziati intorno al 1869) furono la chiave per uno dei più grandi segreti della natura: la struttura dell’atomo. L’argomento “elettricità” è illustrato anche nel dipartimento sull’Energia Elettrica, dove hanno luogo quotidiane spettacolari dimostrazioni ad alto voltaggio. Naturalmente anche qui si possono trovare esperimenti , per esempio sull’induzione.

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• Meccanica • Oscillazioni e onde • Calore • Elettricità • Ottica • Fisica atomica, nucleare e delle particelle • Esperimenti nell’esposizione di fisica

Ottica Luce, occhio e visione

Fenomeni ottici si verificano ovunque in natura. L'arcobaleno, la rifrazione della luce nell’acqua, il tremolio delle stelle nel cielo notturno o l’iridescente gioco di colori causato da una sottile pellicola di petrolio su una superficie di acqua hanno affascinato l’uomo da sempre. All'inizio di questa parte dell'esposizione sono illustrati le proprietà fisiche della luce e i più importanti fenomeni ottici, così come i corrispondenti fenomeni in natura. Il successivo gruppo di oggetti esposti tratta l'occhio umano e la visione. Le funzioni dell'occhio; la visione insufficiente; i metodi per definirne tipo, grado e possibili correzioni. E' persino possibile misurare la propria vista! Sono anche presentati esempi di illusioni ottiche. Per aiutare a correggere i difetti della vista, dal 1300 circa esistono gli occhiali. La storia di questi strumenti benefici è illustrata con esempi selezionati. Tra le altre cose un diorama mostra un venditore di occhiali del XVIII secolo. Telescopio e microscopio

All'inizio del terzo gruppo, che riguarda gli strumenti ottici, di vari mezzi ottici, come vetro, cristalli e altro, vengono presentate la storia, la composizione e le proprietà. Nel gruppo seguente si possono trovare componenti ottici prodotti dall’uomo, come specchi, prismi e lenti. Alcune dimostrazioni ne illustrano gli effetti sul percorso dei raggi di luce. Sono in mostra gruppi diversi di strumenti ottici.

Dimostrazione della riflessione totale su una lastra di vetro

Microscopio con custodia di trasporto SWIFT &SON, Londra del 1885 circa

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Il telescopio e il microscopio sono stati inventati in Olanda all'inizio del XVII secolo. Essi ci hanno permesso di accedere a mondi prima ignoti. Entrambi hanno avuto una straordinaria influenza sulla nostra concezione del mondo. Un gran numero di oggetti della mostra ne illustra lo sviluppo, con dimostrazioni che aiutano a capirne la funzione. Strumenti notevoli sono il telescopio riflettore di W. Herschel (1738-1822) e due microscopi di Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723), con i quali si potevano osservare i batteri anche nel XVII secolo. L'area della microscopia si conclude con gli sviluppi attuali della tecnologia con un microscopio a scansione laser Zeiss, un microscopio elettronico a scansione Zeiss e un microscopio a scansione a effetto tunnel. Il secondo è mostrato "in azione" regolarmente e permette ai visitatori di vedere immagini ingrandite di oggetti piccoli come insetti o alghe. Si possono trovare alcune di quelle immagini dal microcosmo sul nostro sito web! Gli strumenti grandi per uso astronomico sono mostrati nell'esposizione sull’Astronomia. Altri strumenti ottici Sono presenti gli strumenti di spettroscopia, che hanno contribuito significativamente alle nostre attuali conoscenze scientifiche. Senza l’analisi molto precisa di questi strumenti non avrebbe avuto luogo il rapido sviluppo della chimica. Senza l'aiuto degli spettroscopi non si sarebbe potuto inoltre arrivare a realizzare l’indagine della composizione del nostro sole e delle stelle. Due dimostrazioni spiegano come funzionano un prisma e uno spettrografo. Più di tutti gli altri va chiaramente menzionato lo spettrografo di Joseph von Fraunhofer (1787-1826), che egli usò per studiare la diffrazione della luce. Gli endoscopi svolgono un ruolo importante nella medicina oggi. Un fascio di fibre di vetro sottili ed elastiche ne rappresenta il componente più importante. Il visitatore impara su quale base si esplica la funzione di questi strumenti e come sono fabbricati. Una dimostrazione consente di guardare in una trachea artificiale, come un medico la vedrebbe con l'aiuto dell’endoscopia tracheale.

Telescopio riflettore secondo W. Herschel, 1780 circa

Il primo microscopio elettronico con lenti elettroniche, prodotto in serie da Siemens & Halske, Berlino, 1939

Spettrometro von C. Steinheil, Monaco, del 1895 circa

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Il fotometro è usato per misurare l'intensità della luce. Originariamente sviluppato per determinare la luminosità delle stelle, è stato poi usato per scopi molto più ampi. La misurazione dell'illuminazione dei luoghi di lavoro o la concentrazione di soluzioni in chimica e medicina, come anche l’esposimetro di una macchina fotografica sono solo alcuni esempi. Con l'aiuto del rifrattometro si determina il coefficiente di rifrazione (ossia la capacità di deviare la luce) dei fluidi. In più si possono determinare le caratteristiche dei solidi trasparenti e dei gas. Per esempio, il coefficiente di rifrazione è una proprietà importante del vetro ottico. Tra l’altro questo strumento è anche in grado di fornire informazioni sul contenuto di malto della birra. Il campionatore di birra di C. A. Steinheil (1801-1870) era usato appunto per questo scopo. Il polarimetro permette di studiare oggetti in luce polarizzata. Le differenze di luminosità e colore che si manifestano indicano che essi hanno proprietà di polarizzazione. Il polarimetro ha dato un grande contributo alla comprensione della struttura dei cristalli. Un'altra applicazione è la misurazione della concentrazione dei liquidi che fanno ruotare l'asse di polarizzazione. I metodi interferometrici sono l'ultimo tema dell'esposizione. L’applicazione più conosciuta dei fenomeni interferometrici oggi è probabilmente l'olografia. La lunghezza d’onda della luce usata dall'interferometro costituisce la scala di questa apparecchio di misura. Così, per esempio, la superficie di una lente può essere misurata al limite della frazione di una lunghezza d’onda. Un interferometro chiamato come il suo inventore A. A. Michelson (1852-1931) e un set per la produzione di ologrammi sono mostrati in questa sezione, insieme a svariati ologrammi.

Allestimento sperimentale per la produzione di un ologramma

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Fisica • Introduzione

• Meccanica • Oscillazioni e onde • Calore • Elettricità • Ottica • Fisica atomica, nucleare e delle particelle • Esperimenti nell’esposizione di fisica

Fisica nucleare La sezione dedicata alla fisica nucleare e alla fisica della struttura della materia mostra le caratteristiche degli atomi e il percorso attraverso il quale si è arrivati alla scoperta delle leggi naturali alle quali essi sono soggetti. La sezione è strutturata secondo il concetto " dal macroscopico al microscopico "ed è divisa in:

• Introduzione:

Punto di partenza è la questione se la materia sia divisibile infinitamente o no. Chi è interessato può studiare le teorie proposte nel corso della storia.

• L'atomo:

Nella seconda metà del XIX secolo alcuni esperimenti hanno fornito indicazioni sempre più chiare circa la struttura ‘atomica’, discontinua della materia. La sezione espone lo sviluppo del modello atomico, partendo dalla teoria cinetica dei gas fino ad arrivare ai principi della meccanica quantistica. Un’enfasi particolare è messa sull’esperimento condotto da E.Rutherford, in quanto questa esperienza rappresenta ancora un modello esemplare dei metodi di ricerca impiegati in fisica.

Uno sguardo alla mostra

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• L’orbitale atomico:

La sezione mostra il percorso difficile che conduce alla scoperta dell'elettrone e delle sue caratteristiche sorprendenti. Un secondo settore è dedicato all'elettrone come parte dell'atomo, nel guscio atomico.

• Il nucleo dell'atomo: Anche il nucleo dell'atomo è costituito da particelle. Ne viene spiegata la stabilità e la disintegrazione. Una camera a nebbia, continuamente funzionante, illustra la radioattività naturale per i visitatori. Uno strumento di misurazione per la spettroscopia a raggi gamma permette l’identificazione di elementi radioattivi naturali e artificiali.

• Particelle elementari:

Sono due qui i punti salienti: il primo ciclotrone tedesco del 1944 e un completo ciclotrone superconduttore estremamente moderno, con una massa al di sotto delle 8 tonnellate. Il paragone tra i due dà un'indicazione del rapido sviluppo subito dalla tecnologia e della complessità dei sistemi di accelerazione moderni. Oggetti originali di grande valore storico come quelli relativi a Pierre e Marie Curie e altri, tra cui H. W. Geiger, M. Laue, W. Friedrich, P. Knipping, W.Crookes, P. Lennard, E. Goldstein, W. Wien, L. Meitner e W. Bothe, sono in mostra in tutta la sezione, come anche copie delle attrezzature pionieristiche di E. Rutherford, J. Chadwick, O. Stern, W. Gerlach. Questi ‘cimeli’ danno al visitatore il senso dello sviluppo scientifico, estremamente rapido, che ha avuto luogo nell'ultimo secolo. Oltre agli oggetti tridimensionali, c’è anche un angolo multimediale con accesso diretto a Internet e a siti Web selezionati su tematiche di fisica e fisica delle alte energie.

Ioni ferrosi collidono ad alta energia in un esperimento del Cern (Foto: Cern)

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Un pezzo storico unico: l’apparato originale di Pierre e Marie Curie (1900) Questo è uno degli oggetti presenti nell'esposizione. Venne usato per la misura delle radiazioni del materiale radioattivo. Il condensatore al centro della figura era caricato a uno specifico voltaggio dal risuonatore piezoelettrico sulla destra. Il campione radioattivo nel condensatore quindi lo scaricava per mezzo della ionizzazione nell'aria. Ciò si verificava a differenti velocità, a seconda dell’attività. Il voltmetro è sulla sinistra. Per estrarre gli elementi radioattivi, polonio e radio, presenti solamente in piccole quantità nella pietra naturale (circa 0.00005% o 1/2 grammo per tonnellata), Marie Curie usò un metodo che si serviva delle proprietà chimiche di ambedue gli elementi e dei raggi radioattivi che essi emettevano. Marie e Pierre Curie usarono residui di pechblenda rimasti nelle miniere di uranio di San Joachimsthal in Austria come prodotto iniziale per produrre polonio e radio. All’inizio venne misurata l'attività nei residui di pechblenda e il residuo fu soggetto a un processo di separazione chimica nel quale gli elementi radioattivi si concentrarono in un componente. Questo processo fu ripetuto più volte. Dopo ogni separazione chimica l'apparato mostrato nella foto fu usato per misurare l'attività nei prodotti ottenuti dalla separazione. Ripetendo questo processo un numero di volte sufficiente, Marie e Pierre Curie ottennero un grado di purezza ancora maggiore, come fu mostrato dal continuo aumento di intensità della radiazione radioattiva nella sostanza. Nel luglio 1898 Marie Curie isolò, inizialmente in piccole quantità, l'elemento che successivamente sarebbe stato conosciuto come polonio. Nel mese di dicembre dello stesso anno isolò anche il radio.

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Approfondimento nella sezione delle particelle elementari: TRITRON - un Ciclotrone di superconduzione Il TRITRON è stato sviluppato nel laboratorio di accelerazione di Garching, struttura che appartiene alle due università di Monaco di Baviera. E’ un ciclotrone con orbite separate. I ciclotroni vengono usati per accelerare particelle pesanti (per esempio i protoni) a energie che corrispondono approssimativamente alla massa a riposo delle particelle (E=mpc2). Il progetto del TRITRON è nato come uno studio di fattibilità. Una particolare caratteristica del TRITRON è la capacità di focalizzare i raggi di particelle con eccezionale precisione. Ciò è stato reso possibile dall’uso delle moderne tecnologie di superconduzione. I raggi di particelle di elevata intensità richiedono una buona messa a fuoco. Se i raggi di protoni ad alta intensità (10 milliamp) con medi livelli di energia vengono sparati sui nuclei di piombo, questi ultimi vengono rotti. Ciò crea un insieme di molti neutroni allo stato di frammenti (la spallazione). Forti flussi di neutroni possono essere utilizzati, per esempio, come metodo alternativo per lo smaltimento delle scorie radioattive prodotte dai reattori nucleari (o armi nucleari). Durante questa cosiddetta trasmutazione, gli isotopi radioattivi con tempo di dimezzamento superiore ai 20.000 anni vengono trasformati in elementi con tempo di dimezzamento che si aggira intorno ai 30 anni, come risultato del bombardamento di neutroni. Questo risultato eliminerebbe il bisogno di depositare le scorie per lungo tempo. Il progetto del TRITRON è stato un tentativo rivolto alla soluzione di questo problema.

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Fisica • Introduzione

• Meccanica • Oscillazioni e onde • Calore • Elettricità • Ottica • Fisica atomica, nucleare e delle particelle • Esperimenti nell’esposizione di fisica

Esperimenti: Ci sono esperimenti e dimostrazioni in tutte le parti dell'esposizione. Interessante può essere anche l’osservazione di alcuni esperimenti sul Web. Chiaramente le presentazioni virtuali non possono sostituirsi a quelle reali. Venite quindi a vederle dal vivo! Sul Web potete trovare - attualmente nella pagina tedesca e inglese del sito, tra breve anche in questa pagina italiana - i seguenti esperimenti: Pompa aspirante Stati di aggregazione Effetto Thomson-Joule Modello illustrativo di un impianto di refrigerazione a compressione Moto Browniano Conduzione del calore Radiazione termica Macchina di liquefazione dell'aria Riduzione del punto d'ebollizione Termometro a resistenza Vortici di corrente parassite Onde elettromagnetiche Raggio dell’ elettrone in un campo magnetico

Traduzione italiana Ringraziamo per aver curato la traduzione italiana dei testi della sezione “Fisica” le classi:

• IV A e IV B dell’Istituto d’Istruzione Superiore Liceo Scientifico Statale di Zagarolo (Roma), seguite dai professori Silvia Marone, Barattini, Daniela Caplani, Marchese, Anna Monardo

• I A dell’I.T.I.S. “A. Meucci” (Roma), seguita dal prof. Vittorio Marchi • V F del Liceo Scientifico Statale “C. Cavour” (Roma), seguita dai professori Sergio

Savarino e Barbara Carrì

L’attività è stata svolta nell’anno 2002-03 per il Progetto “100 classi”, nel quadro del programma di collaborazione tra il Deutsches Museum e l’Ufficio Scolastico Regionale per il Lazio.