Concetti Chiave
- La dinamica aristotelica, basata sulla tendenza degli elementi a tornare alla propria sfera, ha dominato la scienza per quasi due millenni nonostante le sue imprecisioni.
- Galileo Galilei ha introdotto il metodo scientifico, dimostrando con esperimenti la validità della prima legge della dinamica, contraddicendo il pensiero aristotelico.
- Il "pendolo di Galileo" e "l'esperimento ideale" sono due prove fondamentali che mostrano come un corpo mantenga il suo stato di moto in assenza di forze.
- La prima legge della dinamica, o principio di inerzia, stabilisce che un corpo rimane fermo o si muove uniformemente se non subisce forze esterne.
- La seconda legge della dinamica afferma che l'accelerazione di un corpo è direttamente proporzionale alla forza applicata e inversamente proporzionale alla massa, espressa con F = ma.
Aristotele e Galileo a confronto
I e II legge della dinamica
Aristotele e la dinamica antica
La dinamica studia il moto dei corpi prendendo in considerazione le cause dello spostamento. Scoprire perché un corpo si muove è un problema che ha impegnato scienziati e filosofi fin dall'antichità. Secondo Aristotele il principio fondamentale che regola il moto è la tendenza di ciascuno dei quattro elementi - terra, aria, acqua e fuoco - a ritornare alla propria sfera di appartenenza. Aristotele si presenta poco dogmatico e le sue deduzioni sono sottoposte a verifica sperimentale di tipo qualitativo. Gran parte della dinamica aristotelica è errata, eppure questa imperò per quasi due millenni grazie all'immensa fiducia riposta in lui da parte dei suoi seguaci e discepoli. La concezione aristotelica dell'universo era considerata una verità assoluta da conservare ad ogni costo, anche con argomentazioni ardite e sbagliate. L'ipse dixit di Aristotele, perciò, influenzò notevolmente il mondo antico e resistette fino al Seicento, quando fu scalzato da Galileo Galilei, inventore del metodo scientifico.
Galileo e il metodo scientifico
Galileo, però, pur individuando correttamente le proprietà del moto dei corpi, rinunciò a scoprire la causa della loro accelerazione. Sarà nel Settecento Isaac Newton a rilevare le cause dell'accelerazione e determinare la formulazione classica dei principi della dinamica.
La prima legge della dinamica - o principio di inerzia - afferma che se su un corpo non agisce alcuna forza oppure la somma vettoriale è 0 possono verificarsi due diverse situazioni: [1] Se il corpo è fermo continua a rimanere fermo. [2] Se il corpo è in movimento si muove di moto rettilineo uniforme.
Esperimenti di Galileo
Ciò è dimostrato da Galileo tramite due esperimenti. Il primo, il “pendolo di Galileo”, è costituito da un pendolo fissato a un sostegno, il quale se abbandonato da una certa altezza risale nuovamente raggiungendo la stessa quota di partenza. Anche se si modifica l'altezza del pendolo la traiettoria cambia ma non l'altezza raggiunta. Galileo dimostra la prima legge della dinamica avvalendosi anche di un secondo esperimento, “l'esperimento ideale”. Egli osserva che una sferetta che rotola giù da un piano inclinato, se fatta risalire lungo un altro piano inclinato, raggiunge sempre la stessa quota di partenza. Grazie all'esperimento ideale Galileo riesce a dimostrare l'infondatezza del pensiero aristotelico, immaginando il caso limite di un corpo che si muove su un piano orizzontale senza attriti. Ma tale esperimento non è riproducibile sulla Terra, ove è impossibile eliminare completamente l'attrito.
E' bene ricordare che il principio di inerzia non è sempre valido; infatti, è vero solo se il sistema di riferimento è inerziale, cioè non accelerato.
La seconda legge della dinamica
La seconda legge della dinamica afferma che se viene applicata ad un corpo una forza o una risultante di forze, il corpo subisce un'accelerazione direttamente proporzionale alla forza agente.
F/a = k perciò ricavo F = ma
Se forze differenti agiscono sullo stesso corpo, questo presenta accelerazioni differenti, con diretta proporzionalità. Se invece è impressa la stessa forza a corpi differenti, il corpo decelera inversamente proporzionale alla massa; perciò ma = k diventa ma = F.
Domande da interrogazione
- Qual è il principio fondamentale del moto secondo Aristotele?
- Come ha contribuito Galileo al metodo scientifico?
- Qual è la prima legge della dinamica e come viene dimostrata da Galileo?
- In che modo l'esperimento ideale di Galileo contraddice il pensiero aristotelico?
- Qual è la seconda legge della dinamica e come si esprime matematicamente?
Aristotele sostiene che il moto è regolato dalla tendenza dei quattro elementi (terra, aria, acqua e fuoco) a tornare alla propria sfera di appartenenza, sebbene gran parte della sua dinamica sia errata e sia stata superata nel Seicento da Galileo.
Galileo ha introdotto il metodo scientifico, individuando correttamente le proprietà del moto dei corpi, ma non ha scoperto le cause dell'accelerazione, un compito che sarà completato da Isaac Newton nel Settecento.
La prima legge della dinamica, o principio di inerzia, afferma che un corpo rimane fermo o si muove di moto rettilineo uniforme se non agiscono forze su di esso. Galileo dimostra questa legge attraverso esperimenti come il pendolo e l'esperimento ideale con una sferetta su piani inclinati.
L'esperimento ideale di Galileo dimostra che una sferetta può risalire lungo un piano inclinato fino alla stessa quota di partenza, contraddicendo l'idea aristotelica che il moto richieda una forza continua e mostrando l'infondatezza del pensiero aristotelico.
La seconda legge della dinamica afferma che un corpo subisce un'accelerazione direttamente proporzionale alla forza applicata, esprimibile matematicamente come F = ma, dove F è la forza, m è la massa e a è l'accelerazione.
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