Le scoperte scientifiche di Galileo

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1 Le scoperte scientifiche di Galileo nel 1581 inizia gli studi di medicina che non porterà a compimento ottiene la cattedra di matematica all Università di Pisa , ottiene la cattedra di matematica, geometria e astronomia all università di Padova. Negli anni fino al 1630 compie osservazioni scientifiche nel campo dell astronomia che è costretto ad interrompere a causa delle accuse di eresia. Passa gli ultimi anni della sua vita agli arresti nella sua vita di Arcetri presso Firenze. 2 1

2 Galileo è considerato l iniziatore del metodo scientifico. La conoscenza della realtà oggettiva avviene attraverso le fasi di: 1. osservazione del fenomeno; 2. ipotesi e teorizzazione delle leggi matematiche; 3. sperimentazione e verifica della validità delle ipotesi. Per la prima volta la deduzione e la validazione delle leggi della natura avviene grazie ad esperimenti ripetibili e riproducibili piuttosto che in conseguenza di considerazioni filosofiche. 3 Galileo intuì che il periodo di oscillazione di un pendolo risulta indipendente dall ampiezza delle oscillazioni e dalla massa applicata (isocronismo dell oscillazione). La leggenda narra che l intuizione sia avvenuta nel corso di una cerimonia religiosa all interno del duomo di Pisa, osservando il moto di un lampadario. Oggi noi sappiamo, grazie alla matematica sviluppata solo nel secolo successivo che le conclusioni di Galileo sono valide solo nel caso di piccole oscillazioni intorno alla posizione di equilibrio. 4 2

3 Galileo approfondì le considerazioni di Archimede sulle forze generate dai liquidi su un corpo immerso. Era già noto all epoca che la spinta ricevuta da un corpo immerso in un fluido: 1. contrasta il peso del corpo; 2. è direttamente proporzionale al volume immerso; 3. è pari al peso del liquido spostato dal corpo. Un corpo immerso in un fluido è quindi caratterizzato da un peso apparente che risulta direttamente proporzionale alla differenza tra i pesi specifici del corpo e del liquido. Queste considerazioni si concretizzarono con la messa a punto di una bilancia per la misurazione del peso specifico delle sostanze

4 La teoria aristotelica sosteneva che corpi la velocità di caduta di un corpo dipendesse dal suo peso. Sempre secondo Aristotele, se due corpi di massa differente vengono uniti la il corpo più pesante accelererà quello più leggero, quello più leggero accelererà quello più pesante e i due corpi uniti cadranno ad una velocità intermedia. È anche vero che due corpi uniti si comporterebbero come un corpo unico dotato di un peso pari alla somma dei pesi, per il quale la velocità di caduta dovrebbe essere maggiore di quella dei due corpi separati. Grazie a questa considerazione Galileo concluse che la teoria aristotelica fosse errata. 7 La leggenda narra che per confutare la teoria di Aristotele, Galileo condusse un esperimento lasciando cadere degli oggetti di massa diversa dalla sommità della torre di Pisa. Ammettendo che l esperimento sia avvenuto non avrebbe portato a risultati significativi, a causa di: scarsa accuratezza degli strumenti utilizzati per la misura dei tempi; impossibilità di realizzare condizioni in cui si potessero trascurare gli attriti con l aria. 8 4

5 Solo nel 1971 gli astronauti di Apollo 15 poterono confermare la teoria di Galileo. Il martello e la piuma giungevano a terra nello stesso istante. 9 Galileo utilizzò un piano inclinato strumentato con dispositivi acustici che venivano azionati al passaggio di un corpo sferico di massa diversa. I sensori erano posizionati lungo il piano in modo tale da essere azionati a distanza di uguali intervalli di tempo. Galileo scoprì che: l intervallo di tempo risultava indipendente dalla massa dell oggetto fatto rotolare; la distanza tra un sensore e il successivo era proporzionale al quadrato del tempo trascorso. S=1/2 a t

6 L invenzione del cannocchiale è avvenuta per opera degli olandesi nel Il suo utilizzo prevalente era quello dell osservazione terrestre a distanza, particolarmente per fini bellici. Galileo nel 1609 modificò il cannocchiale olandese per adattarlo all osservazione dei corpi celesti. Il cannocchiale di Galileo consentiva un forte ingrandimento, ma permetteva un campo di osservazione alquanto limitato. Le immagini venivano raddrizzate. Il cannocchiale di Galileo fu perfezionato successivamente da Giovanni Keplero costituendo la base dei moderni telescopi astronomici. 11 Schema ottico del cannocchiale di Galileo Schema ottico del cannocchiale di Keplero 12 6

7 Grazie all uso del cannocchiale, Galileo nel 1610 osservò i quattro satelliti maggiori del pianeta Giove: Io, Europa, Ganimede e Callisto. Inizialmente sostenne che si trattasse di piccole stelle, battezzate Astri Medicei in onore del Granduca di Toscana Cosimo De Medici. Per la prima volta vennero osservati corpi celesti che ruotassero intorno ad un pianeta che non fosse la Terra. La scoperta contribuì a rafforzare la teoria copernicana dell eliocentrismo ma contribuì ad attirare su Galileo le inimicizie della chiesa. 13 Galileo intuì con molti secoli di anticipo che la luce si propaga nello spazio con velocità finita. Per verificare la sua ipotesi propose un esperimento da condurre tra due colline utilizzando due sorgenti luminose e una clessidra per misurare l intervallo di tempo trascorso tra l istante di apertura della prima lampada e l istante di ritorno del segnale luminoso. L esperimento non portò a risultati significativi a causa della scarsa accuratezza degli strumenti utilizzati. Solo nel 1644 l astronomo danese Roemer compì una misurazione precisa osservando la periodicità della durata delle eclissi di Io dovute alla variabilità della distanza Terra-Giove. Le misurazioni di Roemer portarono a determinare una velocità di km/s (contro i km/s). 14 7

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