DA ARISTOTELE AD EINSTEIN
l'evoluzione della meccanica
2 DAGLI INGEGNERI GRECI ALLA NASCITA DELLA SCIENZA

La civiltà greca raggiunse un elevato grado di conoscenza ed applicazione in campo tecnico. Archimede (III sec. a.C.) studiò a fondo le leve proverbiale la sua frase: datemi un punto d’appoggio e vi solleverò il mondo; ottenne grandi successi nell’idrostatica e nell’ottica geometrica.

Nello stesso periodo Eratostene determinò, per la prima volta, la circonferenza della Terra con il procedimento illustrato in figura.
Eratostene osservò che, ad Assuan, nel giorno del solstizio d’estate, i raggi del sole, a mezzogiorno, erano pressoché verticali, mentre, nello stesso momento, ad Alessandria formavano, con la verticale, un angolo a » 7°, pari a circa 1/50 di angolo giro. Valutando la distanza D, in base al tempo impiegato a percorrerlo dalle carovane, in 5000 stadi, ottenne per la circonferenza terrestre il valore C = 50 x 5.000 stadi = 250.000 stadi pari ad un valore compreso fra i 39.000 e i 46.000 km, in accordo con il valore reale di » 40.000 km.
Aristarco di Samo ebbe il merito di concepire per primo un modello dell’Universo che avesse al centro il Sole, con la Terra rotante attorno ad esso con l’asse inclinato sul piano orbitale, per tener conto dell’alternarsi delle stagioni.

Erone (I sec. d.C.) fu soprannominato ò mechanikòs, fu uno dei maggiori tecnici della Grecia antica, famosa la sua eolipila, un dispositivo messo in rotazione dal vapore, che si può considerare la prima macchina termica, inventata con un anticipo di circa millecinquecento anni sulla rivoluzione industriale.
Il suo ingegno ideò altri complessi meccanismi mossi dall’acqua o dal vapore, come il sistema di apertura automatica delle porte di un tempio, o la fontana funzionante con un principio di idrostatica.
Importanti inoltre i suoi studi sull’ottica e la geometria.
Nonostante i grossi progressi tecnici mancava ancora una razionale teoria meccanica, Aristotele era ancora indiscusso.

Con la fine della civiltà greca e l’avvento dell’impero romano, la scienza e la tecnologia subirono un arretramento e molte delle conoscenze andarono perse.
Il periodo oscuro durò fino a tutto il Medioevo, durante il quale l’Occidente riscoprì le opere dei filosofi greci, soprattutto Aristotele, ma solo da un punto di vista teologico, come conferma della dottrina cristiana.
Il buio di questi secoli vide comunque il genio di Leonardo da Vinci (1452 – 1519).
Si può considerare il precursore dell’ingegneria moderna, anche se i suoi interessi e le sue attività spaziarono in tutti i campi delle scienze e dell’arte.
Raggiunse i massimi risultati nella meccanica applicata, ideò molti dispositivi di grande utilità pratica ed anticipò di secoli quelli che saranno i più diffusi organi meccanici e le attuali macchine. L’unica cosa che gli mancava era ... un motore!
Nei suoi studi di fisica ebbe il sospetto che le teorie di Aristotele, ancora indiscusse, non avessero un valido fondamento. Ma dovremo ancora attendere due secoli per arrivare al primo scienziato della storia: Galileo Galilei.

Riprese l’ipotesi eliocentrica di Aristarco, mettendo in discussione la meccanica celeste di Aristotele, avanzando l’ipotesi che il sole fosse al centro dell’universo, i pianeti ruotassero attorno ad esso su orbite circolari e la luna fosse un satellite della terra. La sua teoria fu pubblicata a Norimberga nel 1543 e l’editore, per evitare il sequestro del libro, aggiunse una prefazione, probabilmente all’insaputa dell’autore, che affermava che le idee esposte fossero puramente ipotetiche, un puro esercizio matematico che non rispecchiava la realtà. Le teorie di Aristotele, imposte con estrema coercizione dalla Chiesa, non potevano essere messe in discussione.

Con Galileo (1564 – 1642) inizia l’era della scienza moderna, le sue riflessioni portarono a rivedere radicalmente la concezione aristotelica del moto.

Nei suoi esperimenti Galileo fece scendere delle bocce di metallo da un piano inclinato, accorgendosi che la distanza successivamente percorsa dipendeva, oltre che dalla velocità, dallo stato delle superficie di scorrimento.
Intuì pertanto che se si fosse potuto eliminare completamente l’attrito, la boccia non avrebbe più incontrato ostacoli alla sua corsa ed avrebbe proseguito all’infinito con velocità costante.
Con questa ipotesi si ha che la forza non è la causa diretta del movimento e l’inerzia non ha come conseguenza la quiete ma il moto uniforme. Le forze modificano lo stato di moto.

Rimane proverbiale l’osservazione di un candelabro nella cattedrale di Pisa che lo portò allo studio delle oscillazioni del pendolo. Dalle proprietà del pendolo ne dedusse che la velocità di caduta di un grave non poteva dipendere dal suo peso ma dall’altezza di caduta.
Con Galileo la fisica assume il suo carattere scientifico con l’adozione del metodo sperimentale, la descrizione dei fenomeni non è più fatta affidandosi alle prime osservazioni legate al senso comune ma ad esperimenti creati appositamente.

Il principio d’inerzia galileiano rende impossibile progettare un esperimento che ci faccia percepire il moto uniforme in assenza di un sistema di riferimento. Se uno sperimentatore fosse chiuso in un vagone ferroviario, senza poter vedere all’esterno, non avrebbe nessuna possibilità di sapere con quale velocità si sta muovendo. Quindi tutti i sistemi in moto rettilineo uniforme sono equivalenti e sono detti sistemi inerziali.

Con le trasformazioni di Galileo è possibile passare tra sistemi di riferimento inerziali sommando la velocità relativa tra essi. Se sto viaggiando a 65 km/h e sull’altra corsia c’è un’automobile che si muove a 125 km/h, io la vedrò venirmi incontro ad una velocità relativa di (65 + 125) km/h = 190 km/h.

Con l’intuizione geniale che lo contraddistinse, Galileo tentò di misurare la velocità della luce con un esperimento molto semplice.
Sistemati, di notte, a grande distanza tra loro, ma in modo che si vedano, due persone munite ciascuna di una lanterna con otturatore e posto a metà strada fra essi un osservatore che possa misurare il tempo, si procede in questo modo: la prima persona aprirà la sua lanterna così che la luce emessa raggiungerà in un tempo t₁ l’osservatore centrale e dopo t₂ la seconda persona, appena quest’ultimo riceverà il segnale luminoso aprirà la sua lanterna e la luce emessa arriverà all’osservatore centrale in un tempo t₃, l’osservatore centrale misurerà, tra i due segnali, un tempo pari a 2t₃ (il tempo impiegato dalla luce per andare dall’osservatore centrale, al secondo, e tornare indietro), la velocità della luce si otterrà dividendo la distanza fra l’osservatore centrale e la seconda persona per il tempo t₃
L’esperimento fallì a causa dell’elevata velocità della luce, il nostro occhio è in grado di percepire due eventi distinti se si susseguono con un tempo superiore ad un decimo di secondo, anche supponendo che Galileo avesse a disposizione un orologio molto sensibile e che il tempo di reazione degli sperimentatori fosse trascurabile, la distanza minima dovrebbe essere di circa 15000 km, ovvero dell’ordine del diametro terrestre!