Da Galileo Galilei a lsac Newton 1630-1720

Da Galileo Galilei a lsac Newton
1630-1720
(dal libro di A Rupert Hall)
La fisica sperimentale
• Sintesi di Newton
—Teoria unitaria della materia: meccanica &
matematica
• Derivazione fenomeni naturali da principi meccanici
• Spiegare con azioni/cause, spinte o repulsioni reciproche
— Filosofia meccanica:
• certezze della vera struttura della natura
• Esperimenti possono solo illustrare la verità di un
meccanismo, non dimostrano l'esistenza di particelle o forze
tra particelle
• Insieme di spiegazioni di fenomenbi fisici
• La riduzione a principi meccanici offre risultati quantitativi e
spiegazioni matematiche (al contrario della fisica qualitativa
di Aristotele: sterile)
• Filosofia del concreto, numerico e misurabile
Concezioni di Boyle, Newton e tutti i
meccanicisti: atteggiamento mentale
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Struttura del mondo: uniforme e semplice...=> comprensibile
Le permutazioni di tale semplicità originano moltissime permutazioni
diverse
La scienza è unitaria in termini di spiegazioni e molteplice nelle modalità
con cui risalire alla causa ultima delle cose
Newton: la natura è semplice e coerente!
ASSUNTI
1. Evento naturale interpretato riconducendolo alle circostanze più semplici(non
mettendolo in relazione con potenza divina o principi universali)
2. Tutto ciò che accade ha una causa materiale. Tutta la materia è simile: non ci
sono materie privilegiate.
3. Sono attributi semplici della materia: la sua quantità e il moto. Le forze sono le
cause del moto: altri argomenti sono illusori.
Invarianza della materia e del moto nell'universo!
Mutamenti: conseguenza di loro ridistribuzione
4. Necessità di forze diverse a diversa intensità
5. Aggregazione in parti (variamente mobili e aggregabili con forze) — o particelle
in grado di rendere conto del macroscopico
Non ci sono altri assunti!
Le particelle materiali esistono in quanto tali. Resta solo da scoprire in che
modo da esse originano i fenomeni
Fisica e metafisica: ruolo degli esperimenti
• Galileo, Boyle, Newton: la metafisica è legata alla scienza
sperimentale. Le particelle assumono significato, compiti,
funzione da ciò che emerge con gli esperimenti
• La scienza sperimentale in tal senso è qualcosa di più di un
puro empirismo
• L'esperimento è arbitro di ciò che è realmente
• Da un lato il razionalismo cartesiano perde terreno e nasce
l'i mpostazione dell'empirismo scettico di Gassendi, Boyle e
Newton,
• Si esclude l'esperimento a fini puramente esplicativi, gli
esperimenti mentali di Galileo non si accettano più. Cautela
nell'affermare che gli esperimenti della ragione sono chiari
(Galileo). ES.: Boyle contro Pascal: conclusioni corrette, ma
con esperimenti mentali!
Il lavoro svolto
• Lavoro svolto
— Gilbert (seguendo Norman) esaurito esperimenti sui fenomeni
elettrici e magnetici
— Galileo e Stevino esaurito esperimenti sull'idrostatica
— Tecnologia: molti lavori su lenti, telescopi e termometri
— Verifica delle leggi del moto di Galileo: Mersenne e l'Accademia
del Cimento
— Esperimenti di acustica (Mersenne)
• SUONO
— Galileo: altezza suono dipende da sua frequenza (vibrazione
corde). Per altezze diverse ci sono - i mpulsi a intervalli di tempo
regolari - (armoniche) diversi che colpiscono l'orecchio.
— Mersenne:
• dipendenza suoni da lunghezza peso spec diametro e tensione della
corda vibrante.
• La produzione di armoniche e quella di armoniche superiori alla
fondamentale.
• Misura velocità suono
La pneumatica: fulcro dell'attività sperimentale
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Torricelli (1643) esperimento canna barometrica
La questione:
—Galileo: non si riesce ad aspirare l'acqua con pompe
sopra ai 9 metri. Idea: fuga vacui fissa per le sostanze.
— Gaspare Berti: costruzione barometro ad acqua
—Emmanuel Maignan: ipotesi che peso acqua
controbilanciato da pressione atmosferica
Torricelli ci crede e con Viviani ripetono l'esperimento del
barometro con il mercurio per vedere le variazioni di
pressione atmosferica (mette insetti!!!)
• Magni (frate) ripete l'esperimento a Varsavia
• Torricelli si convice che sopra c'è il vuoto e il peso
dell'acqua è sostenuto dalla p atmosferica
La pneumatica: fulcro dell'attività sperimentale
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Descartes rifiuta.. Orror vacui.. Attrazione positiva del vuoto...
Robertval e la forza conservativa della natura
Stevino aveva fatto il suo lavoro, ma:
— Confusione di idee sulla trasmissione della pressione nei fluidi ...
— Calcoli dell'altezza dell'atmosfera a partire dalle densità relative di
aria e mercurio davano valori piccoli
Pascal 1647: esperimenti con soffietti e sifoni e afferma realtà del
vuoto, principio dell'equilibrio dei fluidi. Suggerisce di ripetere
l' esperimento barometrico in montagna. Considera l'aria alla stregua
di un fluido
• Perier 1948 (cognato di Pascal) lo fa a Clermont... sale a 1000 metri
e trova 59 cm di Hg
• Pascal fa il suo principio dell'isotropia delle pressioni in un fluido
considerando l'aria come tale e lo applicò all'atmosfera, inoltre spiega
il barometro
• NB: La logica di Pascal era teorica più che empirica (esperimenti
difficili da ripetere) e ne viene la critica del meccanicisti
La pneumatica: fulcro dell'attività sperimentale
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Otto von Guericke impara a pompare l'aria e fa l'esperimento di
Magdeburgo 1654
Caspar Schott lo racconta, Boyle legge e simette a studiare la pompa
pneumatica, realizzata dal suo assistente Hooke
Boyle e Hooke fa molti esperimenti sotto vuoto (vescica che si
espande, vetro rotto, salita Hg, fiamma estinta, morte uccellino e
topolino, non trasmissione suono...) e la teoria del vello di lana a
mollette, meccanicistica
Thomas Hobbes & Francis Linus criticano questa teoria rozza
Boyle risponde con i dati di PV=cost
Pochi esperimenti....tecniche difficili...Esperimenti sull'attrazione
capillare e resistenza mezzo: la caduta piuma
Wren e Papin (macchina a combustione interna)
Non fu costruita una teoria...
— Boyle abile sperimentale, poco matematico
— Hooke teorie locali
— Esibizioni alla Royal Society: non programma ricerca, incoerenza,
ricchezza
• Forza espansiva polvere da sparo
• Pesare l'aria
• Pendolo al secondo...variazini con latitudine
La luce e i colori
Lettera di Newton - 1672 - alla Royal Society: primo
ingresso
I PRECEDENTI
• Hooke 1665 teoria della luce come moto periodico
• Il problema della dispersione: rifrazione+colori
• Snell 1621 teoria rifrazione divulgata da Descartes
• Descartes la usa per spiegare la geometria
dell'arcobaleno: paricelle luminose spinte all'esterno
da un vortice, ruotano a diverse velocità e con l'urto
meccanico di separazione dei mezzi danno luogo a
colori (contraddizione con sua ipotesi di
trasmissione istantanea)
• Descartes e Hooke sono convinti che la luce
colorata sia solo una modificazione di quella bianca
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Hooke: la luce e i colori
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ignorava il mezzo
considerava il moto come vibratorio: la luce è una
successione impulsi sferici prodotti da sorgente,
spiegava il cambio di direzione dei mezzi con diversa
resistenza dei mezzi e
giustificava il colore come percezione dell'occhio per
il cambio di direzione
Ipotesi che un fascio facesse una DOPPIA
RIFRAZIONE e producesse una miscela colori
all'estremo dà il verde (non ha visto il violetto e si
ferma al blu)
Non descrive i suoi esperimenti...
Nota arcobaleno dalle lamine sottili... sottolinea che
serve una certa sottiliezza per il fenomeno... gli
anelli appaiono al variare dello spessore della lastra
riflettente
Crede che i colori si vedano solo in luce riflessa
(errore)
Newton: la luce e i colori
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Newton aveva già fatto esperimenti di interferenza nel 1664
(pubblicazione di Micrographia di Hooke) e non era d'accordo
con la sua teoria, ma si esprime solo nel 1072, dopo che
aveva presentato alla Royal Society il telescopio a riflessione
Si concentra sulla rifrazione
Esperimenti con pennelli sottili di luce solare passano per il
prisma in stanza oscurata: lo spetro era di lunghezza 5 volte la
larghezza
Calcola la larghezza con la Legge di Snell ed è giusta
Esperimento dei 2 fori e dei e prismi: tutti i colori possibili:
scopre la dispersione della luce
Ipotizza miscela eterogenea di raggi che si rifrangono
diversamente
Convinto di aver capito tutto si dedica a costriure strumenti per
eliminare l'aberrazione sferica e cromatica (illuso!), ma
costruisce il telescopio a riflessione
Continua esperimenti per dimostrare la sua teoria
1972 scrive lettera a Royal Society
Teoria di Newton dei colori
• La luce è un aggregato confuso di raggi di tutti i colori: fibre di seta
intrecciate
• Le riflessioni scompongono la luce!
• Il prisma è una sorta di filtro, che suddivide la luce nelle sue
componenti
• Le superfici scompongono / riflettono la luce in modo diverso a
seconda ella loro attitudine: i colori nn possono essere considerati
qualità dei corpi (come Boyle)
• Lettera a Royal Society:
— ill ustra esperimento dispersione e ricomposizione luce bianca con
lente convergente: così vedeva i raggi colorati dentro la luce (li
scomponeva e ricomponeva)
— Se impedisce ad un raggio di ricomporsi: vedeva miscela dei
restanti
— Persistenza immagine della retina faceva vedere bianca anche la
luce senza un colore
— Ogni raggio ha il proprio angolo di rifrazione
Teoria di Newton dei colori
• Era arrivato alla distinzione tra fisica dei colori e fisiologia della
percezione dei colori
• Nella rifrazione c'è una separazione e non una trsformazione: le fibre
colorate sono la natura della luce bianca (confronto con i suoni e le
canne d'organo....)
• Ogni raggio luminoso ha 2 proprietà:
— Una fisica: colore
— Una matematica: la rifrazione
• Il colore dunque non si riduce ad una impressione sulla retina,
ma è definito matematicamente: vi è una individualità
matematica del colore
• La teroria di Hooke fallisce perché geometricamente amorfa. Non
rendeva conto
— dell'estensione dello spettro
— Dello spettro a 45° se la luce attraversa un secondo prisma a 45°
•
Errori di Newton
— Non si può correggere aberrazione cromatica (1733 Hall mostra lenti
acromatiche)
— Confusione tra rifrazione e dispersione
— Hooke spiegava la correlazione tra distanza lamine e periodicità luce.
Newton pensa ad un etere che nell'urto della luce con i corpi produce
vibrazioni e onde, che viaggiano più veloci della luce: gli sbalzi di luce
colorata
Gli anelli di Newton
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Hooke ha capito l'importanza della correlazione tra le due superfici
delle lamine in relazione alla periodicità degli impulsi luminosi
Newton osserva i famosi anelli in luce monocromatica e ipotizza
esserci:
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—
un etere come veicolo della luce,
che provoca vibrazioni o onde nell'urto della luce con i corpi
si realizza interferenza tra luce incidente e riflessa
Gli anelli colorati dipendono da:
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Forma della lastra sottile
Lunghezze d'onda associate ad ogni colore
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Raggi disposti a sbalzi regolari
Se lo spessore è un multiplo pari della semi-lunghezza d'onda degli sbalzi
venivano riflessi (trova che la lunghezza d'onda deve essere circa metà di
quella trovata oggi)
— Accetta questa ipotesi solo quando individua un'ipotesi geometrica che
permetta di interpretarli:
— Nega che la luce possa essere un'onda, perché viaggia in linea retta!
•
Eppure conosceva gli esperimenti in cui la luce si piega...
Francesco grimaldi
• 1665 descrive gli esperimenti in cui la luce si piega nel formare le ombre
(Opera postuma): pensava alla luce come un'onda/una vibrazione, come
Hooke
• Newton li interpretò dicendo che inflessione, rifrazione e riflessione erano dei
modi dei corpi per agire sulla luce
• Christian Huygens 1690 dà una precisa formulazione geometrica dell'ipotesi
ondulatoria:
— La luce viaggia attraverso un etere corpuscolare
— Ogni particella di tale etere vibrano e diffondono la perturbazione ondulatoria nello
spazio circostante
— Quando un certo numero di tali onde si rinforzano reciprocamente si forma un
fronte d'onda
— La rifrazione è dovuta al minor cammino per minor velocità della luce nel mezzo
rifrangente (raggi più piccoli nel nuovo fronte d'onda)
— Spiegò la doppia rifrazione dello spato d'islanda (curvatura sferica del fronte
d'onda dei raggi straordinari)
— Non riuscì a spiegare la polarizzazione dei raggi ordinario e straordinario
• Newton contribuisce a spiegare la polarizzazione
— fa l'ipotesi del quadrilatero per il tubo di luce a profilato:
— con lati opposti ad un lato che possono essere rifratti in modo non usuale
— Il raggio rifratto in modo non usuale cambia orientazione rispetto al cristallo
— Dai suoi ragionamenti emerge: l'idea che la luce ordinaria è polarizzata a caso e
che la sorte dei raggi dipende dalla loro polarizzazione
Opticks
(Newton)
• Si poteva chiamareprincipi matematici della luce e del
colore come quello di meccanica, ma la disputa in corso
lo fece cambiare idea
• Newton conferma l'architettura geometrica della natura
• I colori derivano esclusivamente dalle varie miscele o
separazioni di raggi in virtù della loro differente
rifrangibilità o riflessibilità
• È tutta sbagliata la discussione del colore come forma o
modificazine meccanica di luce bianca (come miscuglio di
chiaro e buio — Boyle e Barrow)
fine