Galileo Galilei

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Preambolo

Galileo Galilei  (Pisa 15/02/1564 – Arcetri 8/01/1642) . Fisico, matematico ed astronomo, per la grande quantità di interessi e l’influenza che ha avuto sulla scienza moderna, può essere considerato uno dei più grandi scienziati di tutti i tempi. Nel 1581, per volere del padre Vincenzo, intraprende studi di medicina. Studi che abbandona ben presto per dedicarsi alle sue vere passioni: matematica e fisica. Galileo andò a Firenze, dove approfondì i suoi nuovi interessi scientifici, occupandosi di meccanica e di idraulica.

Isocronismo del Pendolo

Nel 1583 osserva l’isocronismo (dal greco isos uguale e chronos tempo) del pendolo mentre osserva un lampadario del Duomo di Pisa. Galileo si rese conto, facendo un confronto con il battito del suo cuore, che le oscillazioni del lampadario avevano sempre la stessa durata anche quando diminuivano di ampiezza. Ma, a differenza di ciò che pensava Galileo, le oscillazioni del pendolo non sono sempre isocrone ma hanno questa proprietà solo quando il pendolo è inizialmente spostato di poco dalla posizione di equilibrio: in questa situazione il suo periodo dipende solo dalla lunghezza del filo e dall’accelerazione di gravità. Due pendoli di lunghezze diverse, anche se si muovono contemporaneamente dalla stessa posizione, oscillano con periodi diversi: in particolare il pendolo più lungo impiega più tempo per ritornare al punto di partenza, mentre due pendoli di massa diversa ma della stessa lunghezza si muovono con lo stesso periodo. Lo stesso pendolo modifica il suo periodo di oscillazione quando oscilla in luoghi diversi: se l’accelerazione di gravità aumenta, il periodo del pendolo diminuisce e viceversa. Sulla Luna, dove l’accelerazione di gravità è solo 1/6 di quella terrestre, i pendoli oscillano più lentamente.

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Quando il movimento del pendolo si può considerare regolare, tuttavia, questo dispositivo diventa una risorsa importante per scandire fenomeni periodici come il trascorrere del tempo. Sin dalla seconda metà del Seicento il pendolo è servito per battere ore, minuti, secondi e lo scienziato olandese Christian Huygens è stato il primo a realizzare un orologio a pendolo che ha poi utilizzato per le osservazioni astronomiche.

Bilancia Idrostatica

Nel 1586 costruì una bilancia idrostatica (perfezionando l’idea di Archimede) per la misura del peso specifico dei solidi esponendone il funzionamento nel suo trattato “La Bilancetta”. La sua soluzione, semplice ma geniale, consiste in una vera e propria bilancia.

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Bilancia Idrostatica

In pratica vi è da un lato il metallo, per cui si vuol conoscere il peso specifico, immerso in acqua, dall’altro il contrappeso che ha lo stesso peso del metallo. Da qui si ottiene il calcolo del peso specifico in acqua

P_{S}={\frac {\operatorname {Peso\;in\;Aria}}{\operatorname {Peso\;in\;Aria}-\operatorname {Peso\;in\;Acqua}}}

Ne La Bilancetta si trovano  due tavole che riportano trentanove pesi specifici di metalli preziosi e genuini, determinati da Galileo con precisione confrontabile con i valori moderni.

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Esperimenti sulla caduta dei gravi

Galilei condusse vari esperimenti sella caduta dei gravi e formulò importanti teoremi sul baricentro delle figure.

Da Aristotele in poi si riteneva che la velocità di caduta di un corpo dipendesse dal suo peso. In pratica che, lasciando cadere una biglia di piombo e una uguale di sughero, la prima sarebbe arrivata a terra più presto. Se fate la prova, verificherete che succede proprio così! Galileo però si era accorto che nella realtà è determinante il mezzo in cui cadono i corpi, cioè che ad esempio in acqua il distacco fra le due biglie è maggiore che nell’aria. Nei Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze concluderà che: “(…) se si levasse totalmente la resistenza del mezzo, tutte le materie discenderebbero con eguali velocità”.

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Oggi sappiamo che l’attrito dell’aria modifica la velocità di caduta dei corpi, a seconda della loro forma e del loro peso. In effetti Galileo non ha modo di verificare direttamente la sua ipotesi perché non può realizzare una situazione in cui l’attrito dell’aria sia trascurabile. Dimostra però con un ragionamento per assurdo che la teoria aristotelica è contraddittoria e studia invece la parte iniziale del moto, in cui si passa dalla velocità nulla a quella di regime, mettendo in evidenza il ruolo dell’accelerazione, fino ad allora completamente trascurato.

Impegno Letterario e cattedre

Galilei si interessò anche a questioni letterarie. Nel 1588 tenne Lezioni circa la figura, sito e grandezza dell’Inferno di Dante. 1589-92 Considerazioni sul Tasso, Postille all’Ariosto

Nello stesso periodo ottenne una cattedra di Matematica a Pisa e successivamente a Padova (fino al 1610) e si dedicò con continuità alla ricerca scientifica attraverso uno studio rigoroso e sistematico dei fenomeni e affiancò ai suoi lavori una continua ricerca di applicazioni pratiche.

Strumenti creati

Galilei elaborò strumenti già noti, ma mai usati in pratica. Nel 1609 mise a punti il primo cannocchiale che gli permise importanti osservazioni astronomiche.  Scoprì i quattro satelliti di Giove (“medicei“) ed effettuò osservazioni delle macchie solari e dei rilievi lunari. Raccolse i risultati di tali osservazioni nell’opera Sidereus Nuncius (1610) che, nonostante alcune critiche, gli valse la considerazione di molti scienziati. Continuò ad elaborare i suoi sistemi ottici e, nel 1624, fece costruire un microscopio di sua invenzione.

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Microscopio

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Telescopio

 

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Sidereus Nuncius

 

Dalla prima diffida alla condanna alla prigione a vita

Le sue ricerche furono più intense a Firenze a partire dal 1610 grazie all’interessamento del granduca Cosimo II.

Galilei sosteneva la teoria eliocentrica copernicana, testimoniata nelle lettere scambiate con Keplero fin dal 1597. Nel 1616 subì dal Sant’Uffizio, una prima diffida dal continuare a sostenere ed occuparsi di tale teoria. Nel 1623, con l’elezione al papato di Urbano VIII, Galilei pubblicò il Saggiatore, opera dai contenuti originali: in essa si trovano le basi del metodo sperimentale, che associa all’osservazione diretta e agli esperimenti di laboratorio, l’uso rigoroso di relazioni matematiche: questi concetti sono fondamenti della scienza moderna.

saggiatore

Nonostante la prima diffida, Galilei è convinto sostenitore dell’indipendenza della scienza dalla fede e pubblica, nel 1632, il Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo. In quest’opera Galilei mette in discussione le teorie aristoteliche a favore di quelle copernicane, il tutto corredato da osservazioni. Inoltre vengono esposte le teorie della relatività classica, della dinamica e del principio di inerzia. Questo segna l’inizio del pensiero moderno e, nonostante i “revisori” ecclesiastici, in prima battuta,  approvarono l’opera, provocò in seguito, il processo che culminò nel 1633, con la messa al bando delle teorie di Galilei e la sua condanna alla prigione a vita.

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Dopo la condanna

La condanna fu poi tramutata in isolamento col permesso di collaborare con giovani discepoli. Tra loro vi erano Vincenzo Viviani ed Evangelista Torricelli.

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Vincenzo Viviani

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Evangelista Torricelli

Con Viviani e Torricelli, Galilei continuò la ricerca scientifica e, nel 1638, pubblicano l’opera Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze attinenti alla meccanica.  In quest’opera, che per la prima volta fa uso dell’italiano accanto al latino, si espone in modo rigoroso, la risoluzione dei problemi di meccanica, espone la teoria atomistica della materia, descrive il moto dei gravi che cadono nel vuoto con egual velocità, definisce il moto uniforme ed uniformemente accelerato ed il moto parabolico, che permise a Galilei di esporre il principio di composizione dei movimenti. Con la formulazione corretta e rigorosa delle leggi che governano il moto dei gravi e l’uso del principio di inerzia, Galilei pose le basi della dinamica. Osservò per primo le proprietà dei sistemi di riferimento occupandosi della relatività della velocità rispetto a sistemi in moto uniforme e affermò che l’effetto dell’applicazione di una forza è un’accelerazione e non una velocità.

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Conclusioni

L’eredità più grande di Galilei fu l’aver assegnato al termine esperienza il significato di esperimento attivo e non la sola osservazione dei fatti. Definì anche il principio del rapporto causa-effetto nella ricerca scientifica, assieme all’ausilio della matematica come strumento di validazione. La scienza moderna deve molto al rigore logico e all’armoniosità di linguaggio di Galileo Galilei.

Vi lasciamo con un video e con la speranza che anche questa biografia possa aver ispirato le vostre menti.

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