Perché studiare fisica?Perché studiare fisica?

Federica ScalariFederica ScalariDocente di Matematica e Fisica Docente di Matematica e Fisica

Liceo Scientifico, Linguistico “G. Marconi” Liceo Scientifico, Linguistico “G. Marconi” ParmaParma

La “Scuola di Atene” di Raffaello Sanzio databile intorno al 1509-1510, Roma Stanza della Segnatura, Palazzi Apostolici.

Platone e AristotelePlatone e AristoteleAl centro della composizione, vicino al punto di fuga, si trovano i due principali filosofi del passato, Platone e Aristotele.

La sintesi della rappresentazione di Raffaello nei loro gesti.

Platone regge il Timeo: il mondo delle idee trascendenti e l’induzione

Aristotele per contro regge L’Etica: il metodo deduttivo, basato sulla natura e lo studio del concreto.

Secondo Aristotele la conoscenza può procedere con un processo induttivo che va dal particolare al generale e con un processo deduttivo che va dal generale al particolare.

Prima di Galileo che cosa si conosceva e Prima di Galileo che cosa si conosceva e che cosa era accettato?che cosa era accettato?

Secondo Aristotele (Stagira 384 o 383 a. C – Secondo Aristotele (Stagira 384 o 383 a. C – Calcide 322 a.C.) le stelle fisse sono incastonate Calcide 322 a.C.) le stelle fisse sono incastonate in una sfera eterna e immutabile, estremo confine in una sfera eterna e immutabile, estremo confine del cosmodel cosmo

Il sole è eterno ed è fatto di una sostanza Il sole è eterno ed è fatto di una sostanza incorruttibile chiamata etere incorruttibile chiamata etere

Nella fisica aristotelica il sole e gli astri ruotano Nella fisica aristotelica il sole e gli astri ruotano intorno alla terra, che è il centro del cosmo intorno alla terra, che è il centro del cosmo

Nonostante il passare del tempo le concezioni Nonostante il passare del tempo le concezioni restano queste, anche per motivi legati alla restano queste, anche per motivi legati alla teologia e alle sacre scritture. Ma…teologia e alle sacre scritture. Ma…

……1400 – 1500 – 1600 1400 – 1500 – 1600 Niccolò CopernicoNiccolò Copernico (in polacco (in polacco Mikołaj KopernikMikołaj Kopernik; Torun, 19 febbraio 1473 ; Torun, 19 febbraio 1473

– Frombork, 24 maggio 1543) fu un astronomo polacco famoso per aver – Frombork, 24 maggio 1543) fu un astronomo polacco famoso per aver portato all'affermazione la teoria eliocentrica.portato all'affermazione la teoria eliocentrica.

Tycho BraheTycho Brahe, in danese , in danese Tyge BraheTyge Brahe, un tempo chiamato in italiano , un tempo chiamato in italiano anche anche TiconeTicone (Castello di Knutstorp, 14 dicembre 1546 – Praga, 24 ottobre (Castello di Knutstorp, 14 dicembre 1546 – Praga, 24 ottobre 1601), è stato un astronomo danese, crede nella teoria geocentrica.1601), è stato un astronomo danese, crede nella teoria geocentrica.

Giovanni KepleroGiovanni Keplero (in originale (in originale Johannes KeplerJohannes Kepler, in italiano anche , in italiano anche Giovanni ChepleroGiovanni Cheplero; Weil der Stadt, 17 dicembre 1571 – Ratisbona 15 ; Weil der Stadt, 17 dicembre 1571 – Ratisbona 15 novembre 1630) fu un astronomi, matematica e musicista tedesco, crede novembre 1630) fu un astronomi, matematica e musicista tedesco, crede alla teoria eliocentrica. Scoprì empiricamente le leggi che regolano il alla teoria eliocentrica. Scoprì empiricamente le leggi che regolano il movimento dei pianeti e che sono chiamate, appunto, leggi di Keplero.movimento dei pianeti e che sono chiamate, appunto, leggi di Keplero.

GALILEO GALILEI GALILEO GALILEI (Pisa, 15 febbraio 1564 – Arcetri, 8 gennaio 1642)(Pisa, 15 febbraio 1564 – Arcetri, 8 gennaio 1642)

Galieo GalileiGalieo Galilei

(Pisa 15 febbraio 1564 – Arcetri 8 gennaio 1642)(Pisa 15 febbraio 1564 – Arcetri 8 gennaio 1642) sensata esperienzasensata esperienza, ovvero l'esperimento, , ovvero l'esperimento,

che può essere compiuto praticamente o solo che può essere compiuto praticamente o solo astrattamente ("esperienze mentali"), ma che astrattamente ("esperienze mentali"), ma che deve in ogni caso seguire a una attenta deve in ogni caso seguire a una attenta formulazione teorica, ovvero a ipotesi che formulazione teorica, ovvero a ipotesi che siano in grado di guidare l'esperienza in modo siano in grado di guidare l'esperienza in modo che essa non fornisca risultati arbitrariche essa non fornisca risultati arbitrari

necessaria dimostrazionenecessaria dimostrazione, ovvero una , ovvero una analisi matematica e rigorosa dei risultati analisi matematica e rigorosa dei risultati dell'esperienza, che sia in grado di trarre da dell'esperienza, che sia in grado di trarre da questa ogni conseguenza in modo necessario questa ogni conseguenza in modo necessario e non opinabile, e che va ulteriormente e non opinabile, e che va ulteriormente verificata, con ulteriori esperienze, ovvero il verificata, con ulteriori esperienze, ovvero il cosiddetto cosiddetto cimentocimento, che è l'esperimento , che è l'esperimento concreto con cui va sempre verificato l'esito di concreto con cui va sempre verificato l'esito di ogni formulazione teorica. ogni formulazione teorica.

Galilei: l’analisi matematica Galilei: l’analisi matematica dei fenomeni edei fenomeni e

l'uso degli strumenti di l'uso degli strumenti di misuramisura

Il Il piano inclinatopiano inclinato per studiare il per studiare il moto dei corpi;moto dei corpi;

la la bilancia idrostaticabilancia idrostatica per per misurare la densità dei corpi;misurare la densità dei corpi;

il il termoscopiotermoscopio per misurare le per misurare le variazioni di densità dell‘aria in variazioni di densità dell‘aria in funzione della temperatura;funzione della temperatura;

una macchina azionata da energia una macchina azionata da energia animale per innalzare acqua dai animale per innalzare acqua dai pozzi profondi;pozzi profondi;

il il compasso proporzionalecompasso proporzionale per per risolvere problemi di matematica e risolvere problemi di matematica e geometria;geometria;

il il celatonecelatone, uno strumento per , uno strumento per misurare la longitudine in mare misurare la longitudine in mare usando i satelliti di Giove;usando i satelliti di Giove;

il il giovilabiogiovilabio, uno strumento per , uno strumento per calcolare la posizione relativa di calcolare la posizione relativa di Terra e Giove;Terra e Giove;

l‘l‘elioscopioelioscopio, uno strumento che , uno strumento che permette di osservare il Sole.permette di osservare il Sole.

il il micrometromicrometro un dispositivo che un dispositivo che montato sul cannocchiale montato sul cannocchiale permetteva di misurare, in permetteva di misurare, in contemporanea osservazione col contemporanea osservazione col cannocchiale, quanto distasse ogni cannocchiale, quanto distasse ogni satellite dal pianeta.satellite dal pianeta.

l’orologio ad acqual’orologio ad acqua per misurare per misurare il tempo di caduta di un corpo il tempo di caduta di un corpo lungo il piano inclinatolungo il piano inclinato

Galileo e i suoiGalileo e i suoi“Discorsi matematici intorno a due nuove scienze”“Discorsi matematici intorno a due nuove scienze”

““In un regolo, o vogliàn dir corrente, di legno, lungo In un regolo, o vogliàn dir corrente, di legno, lungo circa 12 braccia, e largo per un verso mezzo circa 12 braccia, e largo per un verso mezzo braccio e per l’altro 3 dita, si era in questa braccio e per l’altro 3 dita, si era in questa minor larghezza incavato un canaletto, poco minor larghezza incavato un canaletto, poco più largo d’un dito; tiratolo drittissimo, e, per più largo d’un dito; tiratolo drittissimo, e, per averlo ben pulito e liscio, incollatovi dentro una averlo ben pulito e liscio, incollatovi dentro una carta pecora zannata e lustrata al possibile, si carta pecora zannata e lustrata al possibile, si faceva in esso scendere una palla di bronzo faceva in esso scendere una palla di bronzo durissimo, ben rotondata e pulita”. [...] durissimo, ben rotondata e pulita”. [...] “Elevando sopra il piano orizzontale una delle “Elevando sopra il piano orizzontale una delle estremità (del regolo) un braccio o due ad estremità (del regolo) un braccio o due ad arbitrio, si lasciava […] scendere per il detto arbitrio, si lasciava […] scendere per il detto canale la palla, notando […] il tempo che canale la palla, notando […] il tempo che consumava nello scorrerlo tutto, replicando il consumava nello scorrerlo tutto, replicando il medesimo atto molte volte per assicurarsi bene medesimo atto molte volte per assicurarsi bene della quantità del tempo […]. Fatta e stabilita della quantità del tempo […]. Fatta e stabilita precisamente tale operazione, facemmo precisamente tale operazione, facemmo scender la medesima palla solamente per la scender la medesima palla solamente per la quarta parte della lunghezza di esso canale; e quarta parte della lunghezza di esso canale; e misurato il tempo della sua scesa, si trovava misurato il tempo della sua scesa, si trovava sempre puntualissimamente esser la metà sempre puntualissimamente esser la metà dell’altro” dell’altro”

(G. Galilei, “Discorsi matematici intorno a due (G. Galilei, “Discorsi matematici intorno a due nuove cienze”, Leida Olanda, 1638)nuove cienze”, Leida Olanda, 1638)

““Quanto poi alla misura del tempo, si Quanto poi alla misura del tempo, si teneva una gran secchia piena teneva una gran secchia piena d’acqua, attaccata in alto, la quale d’acqua, attaccata in alto, la quale per un sottil cannellino, saldatogli per un sottil cannellino, saldatogli nel fondo, versava un sottil filo nel fondo, versava un sottil filo d’acqua, che s’andava ricevendo d’acqua, che s’andava ricevendo con un piccol bicchiero per tutto ‘l con un piccol bicchiero per tutto ‘l tempo che la palla scendeva nel tempo che la palla scendeva nel canale e nelle sue parti: le canale e nelle sue parti: le particelle poi dell’acqua, in tal particelle poi dell’acqua, in tal guisa raccolte, s’andavano di volta guisa raccolte, s’andavano di volta in volta con esattissima bilancia in volta con esattissima bilancia pesando, dandoci le differenze e pesando, dandoci le differenze e proporzioni de i pesi loro le proporzioni de i pesi loro le differenze e proporzioni de i tempi; differenze e proporzioni de i tempi; e questo con tal giustezza, che, e questo con tal giustezza, che, come ho detto, tali operazioni, come ho detto, tali operazioni, molte e molte volte replicate, già molte e molte volte replicate, già mai non differivano d’un notabil mai non differivano d’un notabil momento”. momento”.

(“(“Discorsi e dimostrazioni matematiche Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienzeintorno a due nuove scienze”, 1638)”, 1638)

Dal libro “Le traiettorie della fisica” azzurro, ed. Zanichelli

Galileo e la misura del tempo

Di che cosa si occupa la Fisica?Di che cosa si occupa la Fisica?

Per capirlo ricorriamo ad Einstein (1879-1955) e alla sua Per capirlo ricorriamo ad Einstein (1879-1955) e alla sua scoperta che la massa è energia, secondo la legge: scoperta che la massa è energia, secondo la legge:

2mcE La Fisica:

• si occupa dello studio di fenomeni naturali• utilizza grandezze, ovvero quantità che possono

essere misurabili• cerca delle leggi, ovvero delle relazioni tra queste

grandezze espresse mediante formule matematiche

matita, riga graduata, squadra angoli 30°- 60° e matita, riga graduata, squadra angoli 30°- 60° e 45°, goniometro e compasso, gomma45°, goniometro e compasso, gomma

carta millimetratacarta millimetrata quaderno a quadretti per appunti (in classe di quaderno a quadretti per appunti (in classe di

teoria e di esercizi e in laboratorio per la teoria e di esercizi e in laboratorio per la relazione sulle esperienze effettuate)relazione sulle esperienze effettuate)

calcolatrice scientificacalcolatrice scientifica

Che cosa occorre a scuola Che cosa occorre a scuola per seguire le lezioni di Fisica?per seguire le lezioni di Fisica?

Quali prerequisiti occorrono Quali prerequisiti occorrono per lo studio della Fisica?per lo studio della Fisica?

Quali conoscenze? Quali abilità? Quali competenze?Quali conoscenze? Quali abilità? Quali competenze? le regole elementari dell’aritmetica dei numeri le regole elementari dell’aritmetica dei numeri

interi e realiinteri e reali le proprietà delle frazionile proprietà delle frazioni le proprietà delle potenzele proprietà delle potenze le tecniche di calcolo algebricole tecniche di calcolo algebrico la risoluzione delle equazioni di primo gradola risoluzione delle equazioni di primo grado leggi matematiche di proporzionalità diretta e leggi matematiche di proporzionalità diretta e

inversa (riconoscerne le differenze)inversa (riconoscerne le differenze) il piano cartesiano come modelloil piano cartesiano come modello le formule per area dei poligoni e area e volume le formule per area dei poligoni e area e volume

dei solidi notevolidei solidi notevoli le equivalenzele equivalenze

Perché quei prerequisiti?Perché quei prerequisiti?

La fisica si occupa degli aspetti quantitativi e La fisica si occupa degli aspetti quantitativi e misurabili dei fenomeni e dei corpi, ne cerca misurabili dei fenomeni e dei corpi, ne cerca possibili relazionipossibili relazioni

Quantità -> numeriQuantità -> numeri Relazioni -> equazioniRelazioni -> equazioni La matematica è il linguaggio formale con cui La matematica è il linguaggio formale con cui

si affronta lo studio della fisicasi affronta lo studio della fisica Facciamo una prova: descriviamo una attività Facciamo una prova: descriviamo una attività

come una passeggiata con linguaggio naturale come una passeggiata con linguaggio naturale e poi con linguaggio scientificoe poi con linguaggio scientifico

Il linguaggio scientificoIl linguaggio scientifico

Il linguaggio scientifico

Quantifica le grandezze

fisiche

Lega le grandezzefisiche con equazioni

Richiede la conoscenza di

Notazione scientifica

Relazione tra le lunghezze deilati di triangoli

particolari

Rappresentazione in scala

Fondata sul principio dellasimilitudine