Non sempre noi italiani sappiamo accorgerci del peso che abbiamo lasciato nella storia dell’umanità. Dall’arte alle scoperte geografiche, dalla filosofia alla politica, i nomi dei nostri compatrioti che dentro ai nostri confini sono spesso dati per scontati – forse perché legati a un passato ormai lontano – finiscono per essere celebrati e studiati a volte più all’estero che non nella loro madrepatria.

In campo scientifico, ad esempio, possiamo vantare un buon numero di premi Nobel accumulati nell’ultimo secolo. Ma soprattutto una delle vere figure cardine della storia della scienza: Galileo Galilei.

Il rischio dell’oblio

Sì, perché anche se quasi ogni provincia ha una scuola o un liceo che porta il suo nome (e quella di Pisa ha perfino un aeroporto), spesso questa figura fondamentale della scienza, della storia e della letteratura italiana rischia di passare in secondo piano. Anche alle superiori viene quasi ignorato dai programmi di fisica e affrontato magari in letteratura o in filosofia per questioni che coinvolgono solo di striscio i suoi studi e le sue innovazioni e invenzioni.

E allora, per una volta, dedichiamo qualche riga alle più importanti scoperte di Galileo Galilei, cercando di spiegarle e riassumerle anche per un pubblico di profani.

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Le scoperte astronomiche

Un telescopio per smentire Aristotele

I satelliti di Giove in una ricostruzione
I satelliti di Giove in una ricostruzione

È assai difficile stabilire quale sia stato in assoluto il campo della fisica in cui fu più importante il contributo di Galilei. Di sicuro, però, la branca che ne fu rivoluzionata in maniera indelebile fu l’astronomia, che proprio in quegli anni stava mettendo in discussione tutti i suoi fondamenti.

Galilei infatti riprese in mano le teorie esposte da Copernico qualche decennio prima ma fortemente osteggiate dai poteri forti dell’epoca (Chiesa – non solo cattolica ma anche protestante – e cultura ufficiale). E quelle teorie finì per perfezionarle e suffragarle con delle prove.

Un cannocchiale per contraddire Aristotele

La prima mossa fu la costruzione di un telescopio o cannocchiale. La tecnologia era già stata messa a punto dagli olandesi, ma Galileo fu il primo a decidere di utilizzarlo per lo studio delle stelle.

Nel giro di pochi anni fu così in grado di effettuare alcune scoperte fondamentali. Ad esempio scoprì i crateri della Luna che smentivano l’idea aristotelica che voleva i corpi celesti tutti lisci e levigati. Individuò le macchie solari che dimostravano che sulla superficie del Sole si verificavano delle reazioni chimiche contrariamente alla teoria sempre aristotelica che lo riteneva immutabile. Infine vide i satelliti medicei che giravano attorno a Giove, quando secondo l’astronomia classica la Terra doveva essere l’unico centro attorno a cui girava il resto.

Inoltre studiò la Via Lattea notando la comparsa di nuove stelle, individuò le fasi di Venere e portò decine di altre prove che demolirono – certo non senza fatica e opposizioni – la fisica aristotelica che aveva resistito per duemila anni.


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L’isocronismo del pendolo

Capire tutto osservando un lampadario

Galileo osserva la lucerna della Cattedrale in un affresco di Luigi Sabatelli
Galileo osserva la lucerna della Cattedrale in un affresco di Luigi Sabatelli

Il pregio forse principale di Galileo Galilei è che era una persona curiosa. Anzi, di più: era una persona per la quale la propria curiosità aveva la precedenza su tutto. Perfino in un certo senso sull’istinto di conservazione, se vogliamo riferirci ai noti fatti che lo videro finire sotto processo e poi costretto all’abiura (anche se, come è noto, a farlo arrivare a un esito così drammatico fu soprattutto l’errata valutazione delle protezioni di cui poteva godere).

Così, ad esempio, anche solo una breve visita in chiesa poteva diventare la molla per aprirsi a nuove ricerche e studi. Questo fu quanto avvenne – stando ai suoi biografi – a Pisa, quand’era solo un giovane studioso non ancora trentenne. All’interno della Cattedrale della sua città infatti notò che la lucerna appesa dondolava, dopo essere stata accesa o spenta, oscillando di volta in volta di più o di meno. Ma notò anche che ogni oscillazione avveniva nello stesso intervallo di tempo (misurato lì per lì, in mancanza di strumenti migliori, basandosi sul proprio battito cardiaco).

L’importanza della lunghezza del pendolo

Con vari esperimenti Galileo riuscì quindi a formulare la legge dell’isocronismo del pendolo, secondo la quale le oscillazioni di piccola ampiezza si svolgono tutte nello stesso tempo e non dipendono dall’ampiezza dell’oscillazione stessa ma solamente dalla lunghezza del pendolo.

Questo principio ha ancora oggi importanti implicazioni in campo musicale sia per quanto riguarda gli strumenti a corda, sia per il metronomo, lo strumento che “dà il tempo” ai musicisti. La velocità o lentezza del metronomo, infatti, varia all’allungarsi o al diminuire del pendolo.

 

Il peso specifico

La costruzione della bilancia idrostatica

La bilancia idrostatica
La bilancia idrostatica

Mente vasta e mai doma, Galilei non si occupò solo di questioni legate al moto (oscillatorio come abbiamo appena visto o rettilineo come vedremo più avanti). Venne attratto anche dai fluidi nel senso fisico della parola, cioè i liquidi e i gas, in particolare studiandone il peso.

Partiamo dai liquidi. A quel tempo era ben nota la spinta di Archimede, già teorizzata nell’antica Grecia ma ancora contrastata dagli aristotelici. Infatti essi sostenevano che i corpi galleggiassero rifacendosi alla dottrina dei luoghi naturali, secondo la quale c’era in alcuni corpi una parte d’aria che li spingeva verso l’alto.


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Galilei invece riuscì a costruire quella che lui chiamava una “bilancetta” – un’invenzione descritta in una delle sue opere giovanili, pubblicata ad appena 22 anni – che permetteva di misurare esattamente l’entità della spinta che i corpi ricevevano. E questa spinta corrispondeva esattamente al peso del liquido spostato.

Inoltre, teorizzò che quindi il galleggiare o l’andare a fondo di un corpo non dipendessero da una fantomatica “quantità d’aria” presente all’interno del corpo stesso, ma dal peso specifico dell’elemento. Riuscì anche a calcolarlo con buona approssimazione proprio grazie alla sua nuova bilancia idrostatica.

 

Il peso dell’aria

Aprendo la strada a Torricelli

Galilei e Torricelli
Galilei e Torricelli

Se avete avuto modo di vedere 21 grammi, il bel film girato una decina d’anni fa da Alejandro González Iñárritu, ricorderete di sicuro la tagline del film. Lo slogan infatti affermava che i 21 grammi sarebbero il peso dell’anima, il peso mancante ad un corpo pesato subito dopo il decesso.

Al di là della poesia e della filosofia, il senso comune ci insegna che ciò che è aeriforme, che sia l’aria o appunto l’anima, non dovrebbe a rigore avere peso. Esattamente così la pensavano anche i fisici del ‘500 e del ‘600, sempre appellandosi ad Aristotele e alla dottrina dei luoghi naturali.

L’esperimento di Firenze

Galileo fu uno strenuo oppositore di praticamente tutte le dottrine fisiche formulate da Aristotele, nonostante ne stimasse la figura di libero pensatore. Anche in questo caso la dottrina aristotelica non lo convinceva e nel 1614, poco dopo aver lasciato Padova ed essersi stabilito a Firenze, provò ad elaborare un esperimento atto a rivedere la teoria. Prese una vescica, la riempì d’aria e la sigillò, per poi pesarla, annotando il valore. Quindi la bucò facendo fuoriuscire tutta l’aria e notò che il peso era diminuito.

In questo modo stabilì il peso minimo dell’aria, che è circa 760 volte più leggera dell’acqua. Aprì così la strada a una serie di studi che avrebbero trovato il loro culmine pochi decenni più tardi grazie all’opera di Evangelista Torricelli – che di Galilei fu prima grande ammiratore e poi discepolo – sull’aria, sulla pressione atmosferica e sul vuoto.

 

Il principio d’inerzia

Lo studio dei moti e dei gravi

Galileo illustra i principi della caduta dei gravi
Galileo illustra i principi della caduta dei gravi

Concludiamo con l’altro grande settore della fisica a cui Galileo Galilei dedicò gran parte della sua vita. Un settore che rivoluzionò da capo a piedi applicandovi pienamente quel suo nuovo metodo sperimentale che da lì in poi sarebbe diventato Vangelo per ogni scienziato degno di questo nome: la dinamica.

In questo campo, in particolare, oggi la fama di grande innovatore in tutto il mondo spetta a Isaac Newton, colui che formulò la Legge di gravitazione universale. Uno scienziato che la cultura anglosassone si è sempre preoccupata di esaltare come il punto d’arrivo di tutta la rivoluzione scientifica.

Galilei e Newton

È vero che Newton sistemò molte delle questioni che erano ancora aperte sia in campo fisico che matematico. Ma è anche vero quanto lo stesso scienziato inglese ebbe a dire: «Se ho visto più lontano, è perché stavo sulle spalle di giganti». Ovvero dei grandi scienziati che – come Galilei – l’avevano preceduto.

In particolare, si deve al pisano la formulazione del principio d’inerzia («Un corpo mantiene il proprio stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, finché una forza non interviene a modificare tale stato»). Inoltre fu sempre Galileo a scoprire che la velocità di caduta dei gravi non dipende dal peso ma solo dal diverso attrito dell’aria. Se una piuma impiega più tempo di una pallina di piombo a cadere, infatti, è solo perché ha una forma poco aerodinamica.

Infine, individuò il principio di relatività, che usò per sostenere che la Terra si muoveva. Un osservatore chiuso all’interno del proprio sistema di riferimento inerziale, infatti, non può sapere se esso sia fermo o in movimento, perché partecipa dello stesso moto. Infine, importanti studi vennero condotti anche sul piano inclinato e sul moto del proiettile (intuendo quello che è il principio di composizione dei movimenti).

 

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