L’horror vacui

e il peso dell’aria

Eleonora Aquilini

Pisa, 24 Febbraio 2016

“Ogni singola competenza, e di conseguenza la

tentazione di far centro attorno al relativo ambito di

esperienza, deve essere subordinata all’esigenza di

“pensare in generale”: solo così si può contribuire

alla delineazione di un quadro complessivo di

competenze e di conoscenze irrinunciabili……

(L’apprendimento del futuro: Sintesi dei lavori della Commissione

tecnico scientifica-Commissione dei 40 saggi)

Non solo lo storico deve sostenere

l’importanza di una formazione storica, la

dovranno sostenere il fisico, il musicista, il

tecnologo, il linguista…rinforzando una

cornice generale di considerazioni di

carattere filosofico, sociale, ideologico,

epistemologico.

(L’apprendimento del futuro: Sintesi dei lavori della Commissione

tecnico scientifica-Commissione dei 40 saggi)

I saperi offrono i materiali dell’imparare, ma

acquistano significato in rapporto a come

vengono collocati dentro il tessuto delle

diverse forme linguistiche e delle strutture

teoriche: da qui la centralità

dell’epistemologia propria di ogni area di

sapere…

(L’apprendimento del futuro: Sintesi dei lavori della Commissione

tecnico scientifica-Commissione dei 40 saggi)

A livello superiore si condivide l’esigenza di

immettere negli insegnamenti delle scienze

fisico naturali una prospettiva critica di natura

storico - epistemologica, che ne consenta

l’integrazione nel sistema dei saperi.

(L’apprendimento del futuro: Sintesi dei lavori della Commissione

tecnico scientifica-Commissione dei 40 saggi)

L’istruzione non può e non deve essere

enciclopedica.

La regola deve essere l’insegnamento di

alcune cose bene e a fondo,

non molte cose male e superficialmente”

(L’apprendimento del futuro: Sintesi dei lavori della Commissione

tecnico scientifica-Commissione dei 40 saggi)

La chimica è:

1) Fenomeni chimici

2) Leggi e teorie macroscopiche

3) Teorie e modelli microscopici

4) Linguaggio chimico

E’ nostra convinzione che nel primo ciclo dovrebbe

prevalere lo studio di fenomeni (non troppo carichi di

teoria), nel primo biennio della secondaria superiore

le leggi della chimica classica, nel triennio le teorie

microscopiche in connessione con le conoscenze

fisiche necessarie. Il linguaggio attraversa i tre

livelli.

L’aria è materia

-Ha un peso

-Esercita una pressione TORRICELLI

-E’ un fluido elastico BOYLE

Il filo conduttore è il problema dell’esistenza

del vuoto

-E’ chimicamente attiva Black

-L’aria è fatta di “arie” I chimici pneumatici

Evangelista Torricelli (1608-1647)

Nasce a Roma, studia a Faenza presso lo zio

materno.

Ritorna a Roma nel 1625, ed è allievo di Padre

Benedetto Castelli, esperto di idraulica,

chiamato da Urbano VIII alla cattedra di

matematica nel 1626.

Successivamente, dal 1633 al 1641 è

segretario di Ciompoli, prelato fiorentino, amico

di Galileo.

A Roma nel 1641 mostra i suoi lavori sulla

caduta dei gravi a P. B. Castelli.

“Tra quei che egli accolse…farò solo

particolare menzione di quegli che fu

l’ultimo in tempo, e in qualità forse il primo,

e che già discepolo del P.D. Benedetto

Castelli, ormai fatto maestro, fu dal

medesimo Padre inviato e raccomandato

al Sig Galileo finché questi gustasse d’aver

appresso di sé un geometra

eminentissimo…

Arcetri - 10 Ottobre 1641

…Parlo del Sig. Evangelista Torricelli,

giovane d’integerrimi costumi e di

dolcissima conversazione, accolto in casa,

accarezzato e provvisionato dal Sig. Galileo,

con scambievol diletto di dottissime

conferenze.”

(Vincenzo Viviani, Vita di Galileo)

Ferdinando II de’ Medici, granduca di Toscana nominò Torricelli “Matematico del Granduca”, assegnandogli la cattedra di matematiche dell’Università di Firenze.

8 Gennaio 1642 muore Galileo

Nel fondo d’un pelago d’aria…

Il problema dell’esistenza del vuoto:

Per Aristotele il vuoto è fisicamente e

logicamente impossibile.

Per Democrito e gli atomisti fra le particelle

in movimento c’è il vuoto.

Nel Medioevo, rielaborando la teoria

aristotelica, si introduce l’horror vacui per

spiegare molti fenomeni naturali.

Problema delle pompe aspiranti impiegate

per drenare l’acqua dai campi allagati:

questi strumenti non riuscivano a far salire

l’acqua più di 10,5 m circa.

Galileo crede nell’esistenza del vuoto

ma… in una lettera a Giovan Battista

Baliani del 1630 sostituisce l’horror

vacui con la “forza del vuoto”.

La forza del vuoto viene definita come la resistenza

offerta dal vuoto prima di potersi produrre, ed era

proprio il valore corrispondente ad una colonna di

acqua di 10,5 m che quantificava la resistenza del

vuoto.

Nella lettera del 6 agosto 1630 a Baliani, Galileo

sosteneva che la coesione fra le parti di acqua fosse imputata ai vacuoli interstiziali.

La colonna d’acqua a forza di essere tirata, secondo Galileo, si spezza…

Galileo e i vacuisti ammettevano il peso assoluto dell’aria, cioè il peso dell’aria posta fuori dall’aria, ma contemporaneamente ritenevano che “l’aria nell’aria non pesa, come l’acqua nell’acqua non pesa”.

Ciò escludeva il concetto di Pressione.

Nella lettera di G.B.Baliani inviata a Galileo il 24 Ottobre 1630:

Si introduce l’idea che nel comportamento dell’acqua nei sifoni non fosse escluso il peso dell’aria.

… “Io ho creduto che naturalmente il vacuo

si dia da quel tempo che io ritrovai che l’aria

ha peso sensibile, e che V.S m’ insegnò in

una sua lettera il modo di ritrovarne il peso

esatto…

Per dichiararmi meglio…se l’aria pesa, non

sia differenza fra l’aria e l’acqua.

Io mi figuro allora di essere nel fondo del

mare..lo stesso mi è avviso che ci venga a

noi dall’aria..”

Ci sono evidenze documentarie che

portano a ipotizzare che Torricelli, nel breve

periodo in cui ha vissuto ad Arcetri con

Galileo, sia stato messo al corrente delle

idee di Baliani sulla Pressione dell’aria e sul

suo possibile ruolo nel limitare l’altezza alla

quale pompe e sifoni riuscivano a sollevare

l’acqua.

.

Gasparo Berti (matematico): esperimenti

con acqua tra il 1640 e il 1643

Evangelista Torricelli nel 1644 con

l’argento vivo dirime la questione: il

vuoto può esistere e l’aria esercita una

pressione.

Torricelli ripete l’esperienza con tubi di

forma e lunghezza diversa

Per dimostrare che lo spazio sovrastante il

mercurio rimaneva vuoto, vi faceva arrivare

l’acqua che con impeto orribile l’andava a

riempire completamente.

Lettera di Torricelli a Michelangelo Ricci (11

giugno 1644) in cui annuncia e descrive

l’esperienza dell’argento vivo:

.. “Questa forza che regge quell’argento vivo contro la

sua naturalezza a ricader giù si è creduto fino adesso

che sia interna al vaso, o di vacuo, o di quella roba

sommamente rarefatta; ma io pretendo che la sia

esterna e che la forza venga dal di fuori. Su la

superficie del liquore che è nella catinella gravita

l’altezza di 50 miglia d’aria..”

.

Obiezioni di Ricci (Lettera del 18 Giugno

1644) :

1) se si mettono coperchi sopra la bacinella

su cui grava l’aria, la pressione atmosferica

non dovrebbe più esercitarsi e il mercurio

dovrebbe scendere…

Torricelli risponde considerando due casi:

se il coperchio aderisce al mercurio e allora è

il coperchio stesso ad esercitare la pressione;

se rimane dell’aria questa avrà la stessa

densità dell’aria esterna e allora il mercurio

non scenderà.

2) Come mai il peso dell’aria si esercita in

ogni direzione e non solo all’ingiù?

Torricelli risponde enunciando quello che sarà

il principio di Pascal:

….. “se bene i liquidi gravitano per natura in

giù, in ogni modo spingono e schizzano per

tutti i versi anco all’insù, purché trovino

luoghi dove arrivare, cioè luoghi che

resistano con forza minore della forza di

essi liquidi.”

3) Poiché un corpo immerso nell’acqua sente

una pressione dovuta solo all’acqua spostata,

che ha lo stesso volume del corpo,

analogamente il mercurio nel tubo dovrebbe

contrastare una quantità di aria pari al suo

volume ed è assurdo che questa poca aria

possa equilibrare quella del mercurio.

Torricelli risponde:

“il metallo sostenuto in quel collo di

vaso…è un corpo fluido, una superficie

del quale confina col vacuo, che non

gravita punto, l’altra superficie confina

con aria premuta con tante miglia di aria

ammassata…”.

Questa aria spinge il metallo fino a che si

eguaglia il peso dell’aria.

Dopo la lettera del 28 Giugno 1644, in cui

Torricelli risponde alle obiezioni di Ricci, non

ci sono più documenti sull’argomento.

In Europa l’esperienza dell’argento vivo destò

clamore… e venne ripetuta e discussa, si pensi

a Pascal e all’esperimento di Périer sul Puy de

Dome…

…. l’esistenza del vuoto, significa

esistenza di atomi che si combinano in

modo casuale, forse senza un fine

superiore..

Il vuoto è … in odore di eresia.

2008:International Handbook of Research on

Conceptual Change – Stella Vosniadou

The material nature of gases is still a

challenge even for student who have

mathematical, cognitive, and

metacognitive resources to restructure

their concept of matter, although they

now have a means for investigating the

issue.

Experimental showing that gases have

weight are relevant for student who believe

that matter has weight: a mental model of

solids and liquids as constituted of tiny

pieces might lend itself to a crude gas

model, in which those tiny pieces are far

apart. However the atomic molecular theory

will make boiling, evaporation, (as well as

melting and freezing) and nature of gases

much more meaningfull, giving solids,

liquids and gases a common ontology (they

are all made of particles separated in

space).

Misconcezioni riguardanti il modello

atomico- molecolare e alcune ipotesi sulle

loro cause

…..La metafisica è un altro ostacolo -

l’esistenza del vuoto fra gli atomi viola la

profonda convinzione metafisica che il

vuoto non possa esistere in natura….

Questo è l’inizio di un lungo percorso che ci

porta al concetto di sostanza semplice e

composta, di trasformazione chimica…

ci porta a conoscere le leggi della chimica

classica in modo problematico.

Ripercorriamo la storia delle idee

modificando lentamente le nostre.

Durante il cammino che facciamo stabiliamo

rapporti umani, regole condivise, impariamo..

La trama del racconto che costruiamo

ha una cornice storico-epistemologica

che ci permette di imparare a…

pensare in generale.

.

Bibliografia Abbri F., 1984, Le terre, l’acqua, le arie, Bologna, Il Mulino.

Boyle R., Nuovi esperimenti fisico-meccanici, in Opere, Torino, UTET.

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Vosniadou S.; International Handbook of Research on Conceptual Change,

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