Il Seicento

Prof. Edoardo Rovida

Il Seicento

• Sviluppo della scienza(dai principi meccanici e dagli strumenti matematici, grandi risultati)

• realizzazioni

• Accademie

• Stampa scientifica

• Mecenatismo scientifico

Sviluppo della scienza

• Evoluzione delle idee rinascimentali

• conquiste scientifiche in campo meccanico

Evoluzione di idee rinascimentali

• Porteranno ai grandi sviluppi settecenteschi, base della scienza moderna: acquisizioni meccaniche e strumenti matematici

Conquiste scientifiche

• Connessione tra aspetti empirici dell’ingegneria e ricerche scientifiche sistematiche

• Transizione tra completo empirismo e tecniche ingegneristiche basate sul calcolo e sulle scienze applicate

• Leonardo: passo avanti decisivo nell’analisi rigorosa dei problemi della dinamica; le sue idee sono sviluppate da Galileo, Huygens, Newton

Collegamento fra ricerche scientifiche e sviluppi pratici

• Alcune speculazioni teoriche portano a sviluppi nelle realizzazioni, i quali producono ulteriori sviluppi teorici(circolo virtuoso) (accentuazione di un fenomeno già apparso nel secolo precedente)

1. Studio del vuoto

2. Pendolo

Collegamento fra ricerche scientifiche e sviluppi pratici: studio del vuoto

• Per opera di Torricelli, Galileo, Pascal

• Diffusione della pompa aspirante

• I risultati portano allo studio della macchina a vapore

Collegamento fra ricerche scientifiche e sviluppi pratici: pendolo

• Sviluppo della precisione della misura del tempo

• Impulso al miglioramento delle parti meccaniche degli orologi: taglio degli ingranaggi, meccanismi di scappamento

Conquiste meccaniche• Meccanica celeste ( Keplero)

• Astronomia(Keplero, Galileo)

• Dinamica (Galileo, Cartesio, Wallis, Huygens, Newton)

• Metodo scientifico(Cartesio)

• Geometria analitica (Cartesio)

• Dinamica dei fluidi (Torricelli, Stevino, Pascal, Guericke, Boyle)

• Teoria dell’elasticità dei corpi(Galileo, Hooke, Bernoulli, Eulero)

• Statica (Varignon)

• Analisi infinitesimale (Newton, Leibnitz)

• Logaritmi(Nepero)

• Utilizzo degli strumenti

• Disputa antichi-moderni

Leggi di Keplero(1571-1630)

• 1. Le orbite dei pianeti sono ellissi, di cui il Sole occupa uno dei fuochi(1609)

• 2. Le aree descritte dai raggi vettori(uniscono il Sole ad un pianeta) sono proporzionali ai tempi impiegati a percorrerle(1609)

• 3. I quadrati dei tempi di rivoluzione dei pianeti sono proporzionali ai cubi dei semiassi maggiori delle loro orbite(1618)

Galileo(1564-1642)

• Studi astronomici

• Metodo scientifico-sperimentale

• Ricerche meccaniche

Galileo: studi astronomici

• Costruisce un telescopio(1609) che utilizza per le osservazioni

• Scopre:• -primi quattro satelliti di Giove• -fasi di Venere• -macchie solari• Sostiene il sistema copernicano(per questo,

condannato dal Sant’Uffizio)

Metodo scientifico-sperimentale

• Non studia direttamente la natura

• La “ricrea” in laboratorio, riproducendone un “modello” osservabile

• Esperimento = “domanda” posta alla natura

• Esempio: piano inclinato per studiare la caduta dei gravi

Galileo: ricerche meccaniche

• Caduta dei gravi

• Concetto di accelerazione

• Concetto di inerzia

• Concetto che l’accelerazione dipende dalle circostanze che determinano il moto

• Teoria del pendolo, poi applicata all’orologio da Huygens

Galileo: caduta dei gravi

• Prima: i corpi cadono tanto più velocemente quanto più sono pesanti (è vero nel vuoto, ma allora il concetto di “vuoto” non era ancora chiarito e neppure concepito: lo sarà dai discepoli di Galileo, Torricelli e Viviani)

• Galileo: dimostra che l’accelerazione di gravità è uguale per tutti i corpi: la differente velocità di caduta dipende dalla resistenza dell’aria

• Oggi: gli astronauti verificano che sulla Luna(assenza di atmosfera) un sasso ed una piuma toccano terra contemporaneamente, partendo dalla stessa altezza

Cartesio(René Descartes)(1596-1650) (fondatore del razionalismo)

• Metodo scientifico

• Geometria analitica

• Dinamica

Metodo scientifico

• Accettare solo ciò di cui si è veramente certi (regola dell’evidenza)

• sezionare i problemi complessi in problemi semplici(regola dell’analisi)

• affrontare i problemi semplici e poi, per sintesi, quelli complessi(regola della sintesi)

• scrivere e documentare tutto(può essere considerato il “padre” della documentazione tecnica)(regola dell’enumerazione)

Dinamica

• Legge di inerzia

• teorema della conservazione della quantità di moto in un sistema isolato

• concetto di lavoro

• concetto di principio dei lavori virtuali

Meccanica dei fluidi

• Idrostatica

• Aeriformi

Idrostatica

• Torricelli (1608-1647) barometro/misura della pressione atmosferica/dà il nome all’unità di pressione(torr)

• Stevino(1548-1620) principio omonimo• Pascal(1623-1662) dà il suo nome alla moderna

unità di pressione / principio omonimo: in un fluido incomprimibile in equilibrio, le pressioni si trasmettono in tutte le direzioni

Torricelli: pressione atmosferica

• Scopre che l’aria ha un peso

• Secondo Aristotele l’aria nell’atmosfera è nel suo luogo “naturale”, quindi non avrebbe dovuto andare né in alto, né in basso e, quindi, non premere

Evangelista Torricelli(1608-1647)

• Pressione atmosferica pari a 760 mm di colonna di Hg e a 9.81 m di colonna di H2O

Aeriformi

• Guericke (1602-1686): esperienze sul vuoto – emisferi di Magdeburgo (dimostra l’esistenza della pressione atmosferica)

• Boyle(1627-1691) : legge di B. e Mariotte”a temperatura costante, il volume di una data quantità di gas è inversamente proporzionale alla pressione”(1662)

Teoria dell’elasticità dei corpi

• Leonardo, Galileo primi tentativi

• Hooke(1635-1703) ut tensio, sic vis(proporzionalità sforzi-deformazioni)

• Bernoulli, Eulero primi risultati sulla flessione

Dinamica

• Cartesio (1596-1650)

• Wallis(1618-1703)

• Huygens(1629-1695)

• Newton(1642-1727)

Wallis(1616-1703)

• Sviluppo dell’opera di Cartesio

• in particolare, completa le basi del principio dei lavori virtuali

• Precursore dell’analisi infinitesimale

Huygens(1629-1695)

• Pendolo composto• Urto elastico• Momento di inerzia• Forza centrifuga• Intuizione della conservazione dell’energia• Realizza e brevetta l’orologio a pendolo(1675)• Tenta di realizzare un motore a scoppio

utilizzando la polvere da sparo(1675)

Newton

• Concetto di massa• generalizzazione del concetto di forza• leggi fondamentali della dinamica

• inerzia• F=ma

• azione e reazione• legge di gravitazione universale• teorema della quantità di moto

Newton legge di inerzia

• Ogni corpo persevera nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, eccetto che sia costretto a mutare quello stato da forze impresse

Newton2° legge

• La variazione di moto di un corpo è direttamente proporzionale alla forza impressa ed avviene lungo la linea retta seconda la quale la forza è impressa

Newtonlegge dell’azione e della reazione

• Le mutue azioni che due corpi esercitano l’uno sull’altro sono sempre uguali ed hanno la stessa direzione ma versi opposti

Newton

Newton: il libro

Statica

• Varignon(1654-1722) porta la statica al livello attuale

Analisi infinitesimale

• Newton

• Leibnitz

Logaritmi• Nepero(o Napier)(1550-

1617) (matematico scozzese

• Sua opera “Logarithmorum canonis descriptio”

• Logaritmi: base del regolo calcolatore(strumento di calcolo fondamentale fino al 1970)

Strumenti

• Scienza: inizia a progredire a contatto con la tecnica(questa crea gli strumenti che fanno progredire la scienza)

• Strumenti: potenziano i sensi e, quindi, la capacità di osservazione

Realizzatori di strumenti

• Galileo: telescopio

• Castelli: termometro(1632)

• Torricelli: barometro(1643)

• Malpighi: microscopio(1660)

• Boyle: pompa pneumatica(1660)

Atteggiamento degli scienziati

• Alcuni: accettano lo sviluppo della tecnica e, quindi, gli strumenti

• Altri: considerano gli strumenti come elementi perturbatori dell’osservazione, soprattutto quando, come nel caso delle stelle, pretendono di scrutare oggetti divini e, quindi, non indagabili

Disputa antichi-moderni

• Dibattito(inizio ‘600) sull’immagine, la funzione, gli obbiettivi della scienza

• Risultato: concezione rinascimentale(sapere = ripristino della sapienza perfetta e classica, perduta nel Medioevo) soppiantata dalla concezione di progresso

• Implica nuove assunzioni

Implica nuove assunzioni

• Perfettibilità del sapere: la conoscenza è un processo in continua crescita, che non diventerà mai definitiva

• Necessità di collaborazione fra scienziati: in opposizione alla gestione “di casta” del sapere(visto come strumento di potere)

• Legame fra scienza e tecnologia: il progresso scientifico è ricco di miglioramenti per la vita dell’umanità

Realizzazioni

• Macchine

• Idraulica e pneumatica

• Produzione dei metalli

• Applicazioni del vapore

• Calcolatrici

• Orologi

Macchina per tornire i maschi di rubinetti(pezzo in un morsa e lavorato con

fresa a tazza) (Branca)

Frantoio(Branca)

Disegno d’assieme e disegni”costruttivi” dei vari pezzi

(Branca)

Idraulica e pneumatica

• Diffusione della pompa aspirante

• Esperimento di Guericke(1650)

• Macchina di Thomas Savery(fine ‘600)(è anche un’applicazione del vapore)

Diffusione della pompa aspirante

l’altezza di aspirazione dipende dalla pressione atmosferica e perciò non può superare i 9 metri

Esperimento di Guericke: emisferi di Magedburgo(1654)

• Due semisfere cave affacciate

• Fa il vuoto all’interno• Diverse coppie di

cavalli non riescono a staccarle

• Dimostra l’esistenza della pressione atmosferica

Produzione dei metalli

• Carbon fossile per alimentare gli altiforni

• Simon Sturtevant(1612) e Dud Duddley(1619) brevettano un sistema per ottenere un combustibile a basso tenore di impurità: il coke, utilizzabile negli altiforni(permette il lavoro a ciclo continuo)

Applicazioni del vapore

• Considerazioni generali

• Giovanni Battista della Porta (1606)

• Giovanni Branca(1629)

• Denis Papin(1690)

• Newton(fine ‘600)

• Macchina di Thomas Savery(1698)

Applicazioni del vapore: considerazioni generali

• Inizia ad essere utilizzato alla fine del XVII secolo

• Prime macchine: impiegano la pressione atmosferica contro il vuoto, creato raffreddando il vapore

• Importanza crescente della fonti di carbone

Giovanni Battista della Porta

• Il fuoco in E fa evaporare l’acqua in D: il vapore prodotto entra in pressione in B, forzando l’acqua contenuta nello stesso B ad uscire attraverso il tubo C

• Con questo sistema, gli ingegneri di Cosimo de’ M.edici, Granduca di Toscana riescono a pompare acqua da una miniera a 50 piedi sottoterra

Giovanni Branca

• Caldaia con busto di bronzo che getta vapore agente su di una ruota a pale(intuizione mai realizzata)

• Mancano regolatore e valvola di sicurezza della caldaia

Pentola di Papin

• Passaggio di stato liquido-vapore: dilatazione

• Passaggio di stato vapore-liquido: generazione del vuoto

• “..dato che fra le proprietà dell’acqua vi è quella per cui una piccola quantità di essa, trasformata in vapore dal calore, ha una forza elastica simile a quella dell’aria, ma con il sopraggiungere del raffreddamento si ritrasforma in acqua , sì che nessuna traccia di tale forza rimane, ho dedotto che potevano essere costruite macchine nelle quali l’acqua con l’aiuto di calore non molto intenso e a poco prezzo, avrebbe potuto produrre il vuoto completo”

• D.Papin

Newton (fine ‘600)

• Carro a reazione con getto di vapore

Macchina di Thomas Savery(fine ‘600)( per prosciugare le miniere)

• vapore ad alta pressione in un recipiente

• acqua fredda sulle pareti: condensazione

• formazione di vuoto

• aspirazione di acqua

Macchine volanti

• Padre Lama da Brescia(1670), partendo dall’osservazione che un gas riscaldato tende a muoversi verso l’alto, preconizza una navicella volante sostenuta da palloni

Le prime calcolatrici

• William Pratt(1616)

• Blaise Pascal (1642)

La calcolatrice di William Pratt(1616)

• E’ un blocco di avorio con indici rotanti in ottone, il tutto contenuto in un finto libro rivestito di pelle scolpito in oro.

• Le colonne a sinistra sono marcate in numeri romani a partire dalla unità, alle decine e così via, fino a 10.000.000.000.

• Le colonne di destra sono in farthing, pence e scellini

La calcolatrice di Pascal(1642)

• Denominata anche “pascalina”

• Utilizzata soprattutto per addizionare e sottrarre importi di denaro

Orologi

• 1583: Galileo scopre il principio di isocronismo del pendolo

• 1610: nasce in Francia la corporazione degli orologiai

• 1656: Huygens costruisce il primo orologio a pendolo

• 1674: Huygens introduce la molla a spirale

Accademie scientifiche

• Considerazioni generali

• Le prime Accademie

• Modo di operare

Accademie scientifiche: considerazioni generali

• Scienza: entra nelle università

• Aumenta il numero di persone cultrici della “filosofia naturale”

• Nascono gruppi di persone che si riuniscono a discutere le nuove questioni e a seguire nil progresso

Le prime Accademie (avvicinano scienza e tecnica: riconoscimento che la tecnica è

strumento di progresso)• Academia Secretorum , Napoli(1560)• Accademia dei Lincei(1603)(studio e diffusione della

fisica, con la visione penetrante della lince)• Royal Society for the Advancement of learning(fondata da

Boyle nel 1645 col nome di Philosophical College)(vi appartiene Galileo)

• Accademia del Cimento(fondata nel 1657 da Leopoldo de’ Medici)

• Accademia delle Scienze di Londra (1662)• Accademia delle Scienze di Parigi(1666) fondata da Luigi

XIV

Accademie scientifiche: modo di operare

• Comunicazione dei risultati delle ricerche di soci

• Discussione

• Accensione di interesse per la scienza fra il popolo

Stampa scientifica

• Fino ad ora: comunicazione fra studiosi solo attraverso scambi epistolari

• Da ora in poi: nascono periodici scientifici: Journal de Savants(Parigi, 1665), Philosophical Transaction(organo ufficiale della Royal Society)

Mecenatismo scientifico

• In forma embrionale ed in ambito letterario-artistico risale all’epoca romana

• Ora si sviluppa in ambito scientifico• Senza il mecenatismo, forse, molte scoperte non ci

sarebbero state o sarebbero avvenute in ritardo• Nel “duello” fra Newton e Leibnitz per la paternità

del calcolo infinitesimale, cìera in gioco anche il prestigio della corte dei duchi di Hannover( alle cui “dipendenze” lavorava Leibnitz)

Esempi di mecenatismo scientifico(1)

• Federico II di Danimarca dona all’astronomo Tycho Brahe un’isola dove istituire un centro scientifico

• Galileo(1610) dedica la scoperta dei satelliti di Giove ai medici, dai quali viene nominato “filosofo di corte”

• Principe Leopoldo de’ Medici: istituisce l’Accademia del Cimento

Esempi di mecenatismo scientifico(2)

• Federico di Prussia: fonda l’Accademia di Berlino• Caterina di Russia: fonda l’Accademia di

S.Pietroburgo• P.Giuseppe Piazzi(1746-1826): direttore

dell’Osservatorio di Palermo, scopre(1801) il pianetino Cerere e lo chiama Cerere Ferdinandea, in onore di Ferdinando, Re delle Due Sicilie e fondatore dell’Osservatorio di Palermo