IL METODO SCIENTIFICO SPERIMENTALE

Parliamo ancora del metodo scientifico, guardando le slides della prof. Vittoria Patti.



                         

Il metodo scientifico sperimentale from Vittoria Patti

Le ricadute delle scoperte scientifiche, dalle più antiche alle più moderne, sono in vario modo presenti nel modo di vivere contemporaneo. Per poter essere definita scientifica una disciplina  deve sottostare ad alcune regole e, soprattutto, deve necessariamente adottare quel metodo universalmente noto come metodo scientifico, secondo il quale solo l’esperienza può confermare o meno una teoria. Questo vuol dire che qualunque ipotesi avanzata per spiegare un fenomeno naturale deve essere in grado di predire con esattezza (entro un margine di errore sempre presente) i risultati di tutti i vari esperimenti creati per studiare quel determinato fenomeno. Questo modo di procedere fu introdotto da Galileo Galilei il quale, a cavallo tra XVI e XVII secolo, grazie ad esso riuscì a sfatare parecchie false credenze. Tra le sue scoperte c’è quella relativa al peso dell’aria che non è nullo, il principio di inerzia e l’isosincronismo delle piccole oscillazioni del pendolo. Un chiaro esempio di procedimento scientifico è quello relativo alla misura della velocità della luce. Il primo a dubitare del suo valore infinito fu proprio Galileo Galilei, che mise alla prova tale ipotesi utilizzando delle lanterne per inviare lampi di luce tra due colline fiorentine. Purtroppo la precisione dei suoi mezzi era troppo bassa per ottenere un valore preciso e quindi l’esperimento fallì o, per dirla in termini scientifici, secondo quell’esperimento la velocità della luce poteva essere infinita.

Questa ipotesi non resse, però, all’esperimento ideato dal danese Romer nel 1676. Egli misurò il ritardo entro il quale l’ombra del satellite Io veniva proiettata su Giove rispetto al momento in cui lo stesso satellite veniva avvistato col telescopio e, tenendo conto della diversa distanza Terra-Giove alle diverse date, fornì il valore di 210800000 m/s. Come ogni buona misura scientifica tale valore ha associato un errore, dovuto a diversi a fattori, tra i quali quelli relativi agli strumenti utilizzati per la misura del tempo. L’errore fu quantificato nel 10-25% della misura, abbastanza per sentenziare che la velocità della luce non è infinita. Da allora fino ad oggi diversi esperimenti sono stati ideati e l’attuale valore della velocità della luce è di 299792458 m/s. Da notare che questa misura ha raggiunto livelli di precisione talmente alti che è addirittura utilizzata come standard per la misurazione del metro. Senza l’ausilio degli esperimenti avremmo, probabilmente, continuato a credere che la velocità della luce fosse infinita e questo avrebbe portato a ripercussioni

pesantissime sul nostro modo di vivere attuale. Per fare un esempio, tutte le telecomunicazioni via satellite (tra le quali la telefonia cellulare, la tv via satellite ed il GPS) non si sarebbero potute sviluppare. Per poter inviare e ricevere dati da e verso un satellite in orbita attorno alla Terra, infatti, bisogna tener conto dello spostamento del ricevitore durante il tempo impiegato dal segnale a percorrere il tragitto trasmittente-ricevitore. E questo è possibile solo conoscendo con estrema precisione la velocità di propagazione della luce. Tenuto conto della grande complessità delle discipline scientifiche contemporanee, ogni scoperta scientifica per poter essere considerata valida deve subire un processo di revisione chiamato “peer review” (letteralmente “revisione alla pari”). Nell’ambito di tale processo l’autore di un lavoro invia un articolo dettagliato ad una rivista specializzata la quale sottopone tale articolo ad una serie (in genere due) di personalità competenti della materia. Questi, definiti reviewers o referees, hanno il compito di analizzare il contenuto del lavoro e trovare eventuali anomalie od imprecisioni nel metodo. A questo punto il lavoro viene rispedito all’autore che, se sarà in grado di rispondere compiutamente a tutte le obiezioni sollevate dai referees, vedrà il suo lavoro pubblicato con la certezza di aver raggiunto un risultato scientificamente attendibile. Non utilizzando il metodo scientifico si corre il rischio di giungere a conclusioni che il senso comune fa ritenere plausibili e che invece sono completamente errate. Basti pensare al modello geocentrico del Sistema Solare, quello in uso fino alle scoperte galileiane e quello che, a prima vista, sembra il più logico. Dalla superficie della Terra vediamo tutti i corpi celesti che ci ruotano intorno e siamo quindi portati a pensare che noi siamo fermi e tutto l’universo ci giri intorno. Per sostenere questa tesi a prima vista logica è, però, necessario escogitare delle soluzioni totalmente illogiche per giustificare, ad esempio, il moto retrogrado (moti di rotazione su se stessi così come quelli orbitali intorno a un altro corpo che sono contrari alla norma vengono detti retrogradi.) di alcuni pianeti nel cielo, come ad esempio Marte. Proprio perché si basa sul modello geocentrico (senza nemmeno tener conto di tutti i pianeti presenti nel Sistema Solare) l’astrologia è ben lungi dal poter essere definita scienza. Chi avrebbe il coraggio di definire tale una materia che si fonda su un modello tanto errato? 

da: http://interno18.it/rubriche/15168/con-scientia-limportanza-del-metodo-scientifico

DOODLE DI OGGI DEDICATO A FOUCAULT

La Terra gira!

160 fa, grazie a un pendolo e a un po' di sabbia, Jean Foucault (18 September 1819 – 11 February 1868)  dimostra la rotazione del Pieneta intorno al proprio asse

                                  

In generale un pendolo è un sistema oscillante composto da un filo/cavo e un peso attaccato ad un'estremità di questo filo mentre l'altra estremità è fissata ad un punto. In questo modo il peso può oscillare attorno alla posizione di equilibrio del pendolo che coincide con la posizione in cui il filo è perpendicolare al suolo. 

Le forze in gioco nel pendolo sono due: la forza di gravità che attrae il peso verso terra e la tensione del filo. La gravità è diretta sempre verticalmente mentre la tensione è diretta lungo la direzione del filo.

Cos'è il pendolo di Foucault?

La prima apparizione di questo pendolo è stata a Parigi nella cupola del Pantheon nel 1851. Si tratta di un filo lungo 67 metri con un peso attaccato di 28 chilogrammi, con una punta che spostava i granelli di sabbia della terra che toccava, lasciando un'impronta visibile. Quel giorno, 31 marzo 1851, alla sua presentazione ci sarebbe stato un ospite d'eccezione: il primo presidente della Repubblica francese Luigi Napoleone Bonaparte (quello che l'anno seguente sarebbe diventato l'Imperatore Napoleone III). In gioco per Jean c'era tutta la carriera, la sua credibilità e la possibilità di essere finalmente riconosciuto come scienziato a tutti gli effetti. 

Quando uno pensa ad un pendolo si aspetta che il pendolo oscilli. E infatti il pendolo di Foucault fa proprio questo. Ma fa anche qualcos'altro.

Infatti il segno sulla sabbia andava progressivamente spostandosi in senso orario, in pratica cambia nel tempo la propria direzione di oscillazione!

Leon Foucault

Era la prima dimostrazione diretta della rotazione della Terra intorno al proprio asse non basata sul movimento delle stelle nel cielo. Foucault ci aveva lavorato per mesi, nella cantina della sua abitazione in rue Arras, e il mese prima all'Osservatorio di Parigi aveva stupito gli scienziati francesi con lo stesso esperimento, ma senza convincerli del tutto. Questa volta, invece, il successo fu indiscutibile. Napoleone rimase notevolmente impressionato e, nel 1855, divenuto imperatore, nominò Foucault assistente di fisica all'osservatorio imperiale. Nel medesimo anno, come riconoscimento per la validità della sua dimostrazione e per l'invenzione del giroscopio, Jean ricevette la medaglia Copley dalla Royal Society di Londra. 

Grazie alla dimostrazione del 31 marzo il nome di Foucault è conosciuto in tutto il mondo. Lo scienziato, però, andrebbe ricordato anche per aver fatto la prima fotografia al Sole, per aver stimato la velocità della luce, per aver osservato che questa viaggia più lentamente nell'acqua rispetto all'aria, per aver contribuito agli studi sull' elettromagnetismo e aver scoperto le correnti che portano il suo nome. Ma gli scienziati francesi ebbero buon gioco nel tenerlo ai margini della prestigiosa comunità. Jean, infatti, non era un accademico in senso stretto. Aveva cominciato a studiare medicina su desiderio della madre, ma aveva abbandonato il corso dopo aver scoperto che la vista del sangue lo faceva svenire.

Da allora era passato da un laboratorio di fisica all'altro, seguendo di volta in volta un interesse diverso. Così i parrucconi dell’ Académie des sciences gli negarono per quasi tutta la vita l’accesso alla prestigiosa istituzione. Fino al 1865. 

Ironia della sorte, Foucault poté godere solo per poco di questo successo: l'anno seguente lo scienziato iniziò a mostrare i primi sintomi della terribile malattia - la sclerosi laterale amiotrofica –  che lo avrebbe portato alla morte nel 1868.

da: http://www.quantizzando.org/2013/04/il-pendolo-di-foucault.html
     http://daily.wired.it/news/scienza/2011/03/31/dimostrazione-pendolo-foucault.html

LABORATORIO: MISURE SUL PENDOLO

IL PENDOLO E LE SUE GRANDEZZE 
( Esperienza di laboratorio della classe III A)

UN ESPERIMENTO ALLA RICERCA DELLE FUNZIONI

CHE COLLEGANO TRA LORO LE GRANDEZZE RILEVABILI IN UN PENDOLO

  Per poter iniziare il lavoro bisogna conoscere:

 concetto di grandezza

 capacità di trovare nel piano cartesiano ogni punto corrispondente a delle coordinate date

 una certa conoscenza del concetto di funzione, con particolare riguardo ai concetti di grandezze direttamente e inversamente proporzionali.

 rappresentazioni di funzioni nel piano cartesiano

 capacità di misurare in gradi l’ampiezza di un angolo

 conoscenza della misura del tempo in minuti e secondi, e capacità di misurare intervalli di tempo di       10-30 secondi

 capacità di misurare le lunghezze

 possedere il concetto di baricentro.

Materiali

Una delle caratteristiche positive di questo lavoro è la semplicità dei materiali necessari. Naturalmente operare in condizioni di “laboratorio povero” comporta la perdita di un certo grado di precisione, ma ciò non ha impedito di lavorare in modo rigorosamente scientifico.
In ogni caso il grado di precisione ottenibile con gli strumenti utilizzati è largamente sufficiente per permettere la scoperta della legge del pendolo semplice.

Ogni gruppo dispone di:
 un filo sottile (non spago) lungo un paio di metri
 normale materiale di cancelleria, scotch compreso
 righello, squadra, goniometro e una riga da almeno 50cm
 orologio con contasecondi
 una serie di 4-5 pesi uguali, per esempio batterie stilo, monete grandi, bulloni uguali, ecc

Scopo scientifico del lavoro

Si tratta di vedere quali tra le grandezze del pendolo sono tra loro interconnesse, cioè quali sono una in funzione dell’altra e quindi dipendenti.

Le quattro grandezze che abbiamo deciso di osservare sono: tempo di oscillazione,  angolo di oscillazione, peso (massa), lunghezza del pendolo.

Abbiamo scartato le altre possibilità (temperatura, velocità, distanza tra i due punti morti, ecc) per la notevole difficoltà di rilevare o di calcolare dati relativi a queste grandezze.

Abbiamo facilmente convenuto che, per esempio, la lunghezza del filo non dipende dal peso, né tantomeno il contrario. (abbiamo escluso di usare un filo elastico).

Non sapevamo invece se il tempo di oscillazione variasse in funzione del peso, della lunghezza o dell’angolo di oscillazione.

Cosa abbiamo fatto?

Abbiamo misurarato il tempo di oscillazione facendo variare a piacere le altre tre grandezze, una per volta. (Per oscillazione si intende il ritorno del pendolo nella precedente identica condizione, identica anche per il verso del suo moto)

Abbiamo capito che l’errore del “cronometrista” è inevitabile (nessuno è perfetto) e per quanto piccolo, è molto importante rispetto ad un tempo di oscillazione di uno o due secondi e abbiamo risolto il problema suddividendo l’errore su 10 oscillazioni

Ogni gruppo era composto da un cronometrista e un “contatore”; quest’ultimo contava via via   le dieci oscillazioni complete, lavorando in tandem con il primo. Ovviamente per ottenere il tempo di oscillazione è stato sufficiente dividere per 10 il tempo rilevato e in questo modo si divide anche l’inevitabile errore, che diventa trascurabile.

Per angolo di oscillazione intendiamo quello tra la verticale e il filo del pendolo nel punto morto di partenza. (In realtà questo angolo diminuisce leggermente durante le 10 oscillazioni che l’esperimento richiede, ma non possiamo porci alcun rimedio, il moto perpetuo non esiste…)

Abbiamo riportato le varie coppie di valori (almeno 4, consigliate 6) su tre tabelle e poi su tre grafici cartesiani, ponendo come x (variabile indipendente) prima il peso, poi l'angolo, poi la lunghezza e come y (variabile dipendente) il tempo.

In un secondo momento abbiamo rappresentato sul grafico cartesiano la funzione della legge del pendolo

e l'abbiamo confrontata con il nostro grafico  lunghezza-tempo.... COINCIDE !!!!