NASA'S SPACE POWER FACILITY: CADUTA NEL VUOTO

Alcune  piume e una palla da bowling sono fatti cadere nello stesso momento  presso NASA's Space Power Facility in Ohio, in una grande ambiente  in cui è stato fatto il vuoto. Si sa cosa succede ma è sempre affascinante vedere la caduta...

                   

CHE COS' E' LA FISICA E A COSA SERVE?

Questo bellissimo filmato  parla delle grandi scoperte della scienza e in particolare delle grandi scoperte della Fisica da Galileo ad oggi. Indubbiamente  la Fisica, in soli quattro secoli, grazie al metodo scientifico sperimentale, ha cambiato totalmente la nostra conoscenza dell'Universo ed ha rivoluzionato la nostra vita con la tecnologia.

             

La fisica (dal greco phýsis = natura) è la scienza che studia i fenomeni naturali (a esclusione di quelli che comportano trasformazioni chimiche della materia e i processi biologici), al fine di descriverli misurandone le proprietà (o grandezze) e stabilendo tra queste relazioni matematiche (leggi).

Per raggiungere questo scopo, la fisica si avvale di un metodo di indagine detto metodo sperimentale, cioè basato sull'esperimento riproducibile (comune ad altre scienze come la chimica e la biologia, dette appunto sperimentali).

Il metodo sperimentale, delineato da Galileo Galilei (1564-1642), consente di interpretare le cause dei fenomeni attraverso ipotesi che, se confermate nella loro validità dai risultati degli esperimenti, sono riconosciute come teorie.

Gli sviluppi della fisica da Galileo fino alla fine dell'800 hanno permesso di edificare i fondamenti della cosiddetta fisica classica: le leggi e i principi che descrivono il moto dei corpi e le cause (forze) che lo determinano, definiti dalla meccanica (in particolare, per opera di I. Newton, 1642-1727), l'inquadramento dei fenomeni elettromagnetici attraverso la teoria dell'elettromagnetismo, elaborata da J.C. Maxwell (1831-1879), le leggi relative ai fenomeni legati al calore e le leggi dell'ottica.

Con l'avvento del XX secolo inizia il periodo detto della fisica moderna. L'impostazione concettuale della fisica classica subisce profonde modificazioni per opera di A. Einstein (1879-1955), con la teoria della relatività (che apporta correzioni alla meccanica classica quando intervengono velocità prossime a quella della luce) e per la formulazione della meccanica quantistica, che interpreta i fenomeni a livello atomico in base alla nozione di quanti di energia, introdotta da M. Planck (1858-1947): nella visione quantistica la causalità deterministica, pilastro delle teorie fisiche classiche, secondo cui il comportamento di un sistema fisico può essere perfettamente determinato a partire dalle sue condizioni iniziali, lascia il posto alla probabilità.

Recentemente la fisica ha allargato ulteriormente il suo metodo di indagine a sistemi prima trascurati o al di fuori dei suoi confini ufficiali, come, per esempio, i sistemi caotici (che qui non verranno trattati), sistemi dal comportamento non prevedibile che si incontrano in fisica (i fluidi), ma anche in biologia ed economia.

Numerose sono le scienze che presentano più o meno ampi punti di contatto con la fisica, pur conservando propri confini autonomi; tra queste si segnalano l'astronomia, la geologia, la chimica-fisica, la biofisica e la geofisica.

Conoscere la fisica dunque  permette non solo di capire il perché del funzionamento delle cose, ma anche di  prevedere cosa succederà in un determinato sistema, partendo da certe condizioni. 

STORIA DELLA FISICA IN UN VIDEO DI ANIMAZIONE

Questo video è molto divertente, ma anche istruttivo. E' stato realizzato per la BBC (per  Dara Ó Briain’s Science Club ) da Åsa Lucander, finlansese, illustratore e creatore di film animazione.  Ci mostra le scoperte di quattro più grandi scienziati: Galileo Galilei, Isaac Newton, James Maxwell e Albert Einstein.
Da vedere, soprattutto per gli alunni di terza. Ah, dimenticavo .......è in inglese, ma ormai avrete capito che questa lingua va assolutamente imparata se non vogliamo e non volete isolarvi dal resto del mondo.

                          

BBC Science Club - Physics from Asa Lucander on Vimeo.

GRAVITAZIONE UNIVERSALE

Dal tutorial di fisica del prof. Arrigo Amadori, estraggo questi chiari appunti sulla gravitazione universale:

Newton pubblicò (nel 1686) le sue scoperte sulla gravità, assieme ai principi della meccanica, in un

testo fondamentale per il pensiero scientifico.

Non si sa se la storia della mela sia vera o no, ma sicuramente è verosimile.

Se la mela cade, per il principio d'inerzia (già scoperto da Galileo), una forza deve agire su di essa, altrimenti essa dovrebbe permanere nel suo stato di quiete. Anche la luna, per ruotare attorno alla terra, deve risentire dell'azione di una forza (centripeta) che le fa compiere un moto circolare (non rettilineo uniforme).

Newton intuì che la forza che fa cadere la mela è la stessa che fa ruotare la luna attorno alla terra !

Newton scoprì che la forza gravitazionale è una forza universale, che agisce qui sulla terra e fuori da essa, in ogni luogo dell'universo. La fisica di Aristotele distingueva invece fra la terra ed il cielo e proponeva due "modelli" diversi. I "corpi terrestri", "corruttibili", cadendo, tendevano a ricongiungersi alla terra che li aveva generati. I "corpi celesti", invece, essendo "incorruttibili", ruotavano su orbite "perfette" (circolari) attorno alla terra.

Newton, invece, tramite il metodo scientifico, con esperimenti ed osservazioni, trova una formula

matematica in grado di spiegare i fenomeni "terrestri" così come quelli "celesti".

La formula della gravitazione universale di Newton afferma essenzialmente che la forza gravitazionale fra due corpi è direttamente proporzionale alle masse dei due corpi ed inversamente proporzionale alquadrato della distanza fra essi.

Anche Hooke aveva intuito la natura della gravitazione (prima di Newton !) ma non era giunto ad una

sua formulazione matematica esatta. Newton, pur essendo a conoscenza delle scoperte di Hooke, non

ne fece mai menzione nei suoi scritti e per questo i rapporti fra i due scienziati deteriorarono presto

(Newton era noto anche per il suo ... caratteraccio).

La teoria della gravitazione universale di Newton rappresenta il primo grande esempio di unificazione

delle leggi fisiche della storia: la caduta dei gravi qui sulla terra, il moto della luna e dei pianeti attorno al sole, il moto delle stelle, tutti questi fenomeni sono descritti con grande precisione da una "semplice"  formula !

I viaggi spaziali, poi, qualcuno ha detto, sono una "applicazione" tecnologica della formula di Newton !

ISAAC NEWTON

Lo scienziato inglese più noto, secondo alcuni la più geniale mente di tutti i tempi, nacque nel Lincolnshire da una famiglia di agricoltori. La sua fama è legata ai suoi numerosissimi contributi scientifici in tantissimi campi della fisica e della matematica. Da ragazzo studiò a Cambridge dove conobbe il pensiero di Aristotele, ma fu ben presto attratto dagli scritti di Cartesio , Boyle, Galileo , Keplero. Ancora giovane iniziò ad elaborare le proprie idee partendo dai fondamenti di quello che oggi viene conosciuto come calcolo differenziale, della cui scoperta Newton divide il merito con G.W. Leibniz.
Nell'opera intitolata 'Optics' Newton si occupa di fisica, in particolare delle proprietà della luce. E' sua l'invenzione del prisma trasparente che permette di scomporre la luce bianca nei colori dell'iride, così come pure quella del telescopio a riflessione. Egli abbraccia una teoria corpuscolare della luce, in contrasto con la teoria ondulatoria di R.Hooke.

 Passò poi ad occuparsi di meccanica celeste, cioè del moto delle stelle e dei pianeti, e partendo dalle tre leggi di Keplero giunse alla scoperta e alla formulazione della legge di gravitazione universale, valida cioè per tutti i corpi, dalla Luna alle stelle alla famosa mela.

Satelliti e proiettili ubbidiscono alla stessa leggge

Con la legge di gravità Newton giunse a un unico principio capace di render conto di una quantità sconfinata di fenomeni. Infatti, la forza che fa cadere a terra una pietra o una mela è della stessa natura della forza che tiene la Luna vincolata alla Terra, e la Terra vincolata al Sole;  questa forza è quella stessa che spiega il fenomeno delle maree (come effetto combinato dell'attrazione del Sole, e della Luna sulla massa d'acqua dei mari). Cadeva in modo definitivo il dogma di una differenza essenziale fra i cieli e la terra, fra la meccanica e l'astronomia: i corpi celesti si muovono secondo orbite ellittiche, perché su di essi agisce una forza che li allontana continuamente dalla linea retta secondo la quale, per inerzia, essi continuerebbero il loro movimento.

pendolo 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:  ( Un corpo persiste nel suo modo uniforme finché non agisce su di esso una forza esterna (legge di inerzia); Una forza (F) procura a un corpo un’accelerazione (a) ed è direttamente proporzionale alla sua massa m: F=ma; A ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria).

A conclusione delle sue grandi scoperte pubblicò la sua opera fondamentale, scritta in latino. Essa si intitola 'Philosophiae naturalis principia mathematica' . Nei Principia, che molti  considerano il più grande lavoro scientifico di tutti i tempi, egli espone anche  le sue concezioni relativamente allo spazio e al tempo che sono  'assoluti', cioè esistono anche senza movimento né materia, con la funzione di puri contenitori, nello stesso modo in cui l'esistenza di una stanza prescinde dalla mobilia che contiene. 

Per i suoi meriti scientifici fu per lunghi anni presidente della Royal Society e, primo scienziato al mondo, ricevette la nomina a Cavaliere dalla Regina Anna .

Per Newton la scienza non ha il compito di scoprire sostanze o essenze o cause essenziali. La scienza non cerca l'essenza della gravità, ma si accontenta che questa esista di fatto e che spieghi, per esempio, i movimenti dei corpi celesti e le maree.Certo è lecito chiedersi quale sia la causa della forza di gravità ma Newton risponde: " Non invento  ipotesi".

Ecco qui le quattro regole del metodo newtoniano, formulate nei Principia.

Il cosmo di N.  diventa tridimensionale

1. Attenersi alle sole cause necessarie per spiegare un fenomeno, ovvero fare proprio l'assunto del rasoio di Ockham "Entia non sunt multiplicanda praeter necessitatem", eliminando le spiegazioni complesse a favore di quelle più semplici.

2. Stessi fenomeni  medesime cause, ovvero, nel caso si osservi un fenomeno identico a un altro, applicare al fenomeno le stesse spiegazioni dell'altro. Questo significa che ogni fenomeno che si ripete identico ad un altro, dovra essere ricondotto a una sola spiegazione e non a diverse.

3. Le qualità che appartengono a certi corpi possono essere considerate come appartenenti a tutti i corpi in generale: è il metodo induttivo.

4. I risultati a cui si è giunti  vanno considerati validi fino ad ulteriore conferma, ribadendo  la natura perfettibile della fisica e della scienza moderna, un processo cognitivo sottoposto a continua revisione.

L'ordine del mondo mostra tuttavia per Newton,  con tutta evidenza, l'esistenza di un Dio sommamente intelligente e potente. Tuttavia egli afferma: "Come il cieco non ha nessuna idea dei colori, così noi non abbiamo nessuna idea del modo in cui Dio sapientissimo percepisce e capisce tutte le cose. Egli è completamente privo di corpo e di figura corporea, per cui non può essere né visto, né udito, né toccato; né deve essere adorato sotto la rappresentazione di qualche cosa di corporale".

Sir Isaac Newton è considerato uno dei padri della scienza moderna, ma è una personalità molto complessa, dedita fra l'altro anche a ricerche magiche ed alchemiche. Insieme a Copernico, Keplero e Galileo, egli  è considerato il padre della moderna scienza; il poeta neoclassico Alexander Pope scrisse questo epitaffio:" La Natura e le sue leggi erano celate nell’oscurità. Dio disse: “Sia Newton!”, e tutto fu Luce. "