“Ogni singola competenza, e di conseguenza la
tentazione di far centro attorno al relativo ambito di
esperienza, deve essere subordinata all’esigenza di
“pensare in generale”: solo così si può contribuire
alla delineazione di un quadro complessivo di
competenze e di conoscenze irrinunciabili……
(L’apprendimento del futuro: Sintesi dei lavori della Commissione
tecnico scientifica-Commissione dei 40 saggi)
Non solo lo storico deve sostenere
l’importanza di una formazione storica, la
dovranno sostenere il fisico, il musicista, il
tecnologo, il linguista…rinforzando una
cornice generale di considerazioni di
carattere filosofico, sociale, ideologico,
epistemologico.
(L’apprendimento del futuro: Sintesi dei lavori della Commissione
tecnico scientifica-Commissione dei 40 saggi)
I saperi offrono i materiali dell’imparare, ma
acquistano significato in rapporto a come
vengono collocati dentro il tessuto delle
diverse forme linguistiche e delle strutture
teoriche: da qui la centralità
dell’epistemologia propria di ogni area di
sapere…
(L’apprendimento del futuro: Sintesi dei lavori della Commissione
tecnico scientifica-Commissione dei 40 saggi)
A livello superiore si condivide l’esigenza di
immettere negli insegnamenti delle scienze
fisico naturali una prospettiva critica di natura
storico - epistemologica, che ne consenta
l’integrazione nel sistema dei saperi.
(L’apprendimento del futuro: Sintesi dei lavori della Commissione
tecnico scientifica-Commissione dei 40 saggi)
L’istruzione non può e non deve essere
enciclopedica.
La regola deve essere l’insegnamento di
alcune cose bene e a fondo,
non molte cose male e superficialmente”
(L’apprendimento del futuro: Sintesi dei lavori della Commissione
tecnico scientifica-Commissione dei 40 saggi)
La chimica è:
1) Fenomeni chimici
2) Leggi e teorie macroscopiche
3) Teorie e modelli microscopici
4) Linguaggio chimico
E’ nostra convinzione che nel primo ciclo dovrebbe
prevalere lo studio di fenomeni (non troppo carichi di
teoria), nel primo biennio della secondaria superiore
le leggi della chimica classica, nel triennio le teorie
microscopiche in connessione con le conoscenze
fisiche necessarie. Il linguaggio attraversa i tre
livelli.
L’aria è materia
-Ha un peso
-Esercita una pressione TORRICELLI
-E’ un fluido elastico BOYLE
Il filo conduttore è il problema dell’esistenza
del vuoto
Evangelista Torricelli (1608-1647)
Nasce a Roma, studia a Faenza presso lo zio
materno.
Ritorna a Roma nel 1625, ed è allievo di Padre
Benedetto Castelli, esperto di idraulica,
chiamato da Urbano VIII alla cattedra di
matematica nel 1626.
Successivamente, dal 1633 al 1641 è
segretario di Ciompoli, prelato fiorentino, amico
di Galileo.
A Roma nel 1641 mostra i suoi lavori sulla
caduta dei gravi a P. B. Castelli.
“Tra quei che egli accolse…farò solo
particolare menzione di quegli che fu
l’ultimo in tempo, e in qualità forse il primo,
e che già discepolo del P.D. Benedetto
Castelli, ormai fatto maestro, fu dal
medesimo Padre inviato e raccomandato
al Sig Galileo finché questi gustasse d’aver
appresso di sé un geometra
eminentissimo…
Arcetri - 10 Ottobre 1641
…Parlo del Sig. Evangelista Torricelli,
giovane d’integerrimi costumi e di
dolcissima conversazione, accolto in casa,
accarezzato e provvisionato dal Sig. Galileo,
con scambievol diletto di dottissime
conferenze.”
(Vincenzo Viviani, Vita di Galileo)
Ferdinando II de’ Medici, granduca di Toscana nominò Torricelli “Matematico del Granduca”, assegnandogli la cattedra di matematiche dell’Università di Firenze.
8 Gennaio 1642 muore Galileo
Nel fondo d’un pelago d’aria…
Il problema dell’esistenza del vuoto:
Per Aristotele il vuoto è fisicamente e
logicamente impossibile.
Per Democrito e gli atomisti fra le particelle
in movimento c’è il vuoto.
Nel Medioevo, rielaborando la teoria
aristotelica, si introduce l’horror vacui per
spiegare molti fenomeni naturali.
Problema delle pompe aspiranti impiegate
per drenare l’acqua dai campi allagati:
questi strumenti non riuscivano a far salire
l’acqua più di 10,5 m circa.
Galileo crede nell’esistenza del vuoto
ma… in una lettera a Giovan Battista
Baliani del 1630 sostituisce l’horror
vacui con la “forza del vuoto”.
La forza del vuoto viene definita come la resistenza
offerta dal vuoto prima di potersi produrre, ed era
proprio il valore corrispondente ad una colonna di
acqua di 10,5 m che quantificava la resistenza del
vuoto.
Nella lettera del 6 agosto 1630 a Baliani, Galileo
sosteneva che la coesione fra le parti di acqua fosse imputata ai vacuoli interstiziali.
La colonna d’acqua a forza di essere tirata, secondo Galileo, si spezza…
Galileo e i vacuisti ammettevano il peso assoluto dell’aria, cioè il peso dell’aria posta fuori dall’aria, ma contemporaneamente ritenevano che “l’aria nell’aria non pesa, come l’acqua nell’acqua non pesa”.
Ciò escludeva il concetto di Pressione.
Nella lettera di G.B.Baliani inviata a Galileo il 24 Ottobre 1630:
Si introduce l’idea che nel comportamento dell’acqua nei sifoni non fosse escluso il peso dell’aria.
… “Io ho creduto che naturalmente il vacuo
si dia da quel tempo che io ritrovai che l’aria
ha peso sensibile, e che V.S m’ insegnò in
una sua lettera il modo di ritrovarne il peso
esatto…
Per dichiararmi meglio…se l’aria pesa, non
sia differenza fra l’aria e l’acqua.
Io mi figuro allora di essere nel fondo del
mare..lo stesso mi è avviso che ci venga a
noi dall’aria..”
Ci sono evidenze documentarie che
portano a ipotizzare che Torricelli, nel breve
periodo in cui ha vissuto ad Arcetri con
Galileo, sia stato messo al corrente delle
idee di Baliani sulla Pressione dell’aria e sul
suo possibile ruolo nel limitare l’altezza alla
quale pompe e sifoni riuscivano a sollevare
l’acqua.
Evangelista Torricelli nel 1644 con
l’argento vivo dirime la questione: il
vuoto può esistere e l’aria esercita una
pressione.
Torricelli ripete l’esperienza con tubi di
forma e lunghezza diversa
Per dimostrare che lo spazio sovrastante il
mercurio rimaneva vuoto, vi faceva arrivare
l’acqua che con impeto orribile l’andava a
riempire completamente.
Lettera di Torricelli a Michelangelo Ricci (11
giugno 1644) in cui annuncia e descrive
l’esperienza dell’argento vivo:
.. “Questa forza che regge quell’argento vivo contro la
sua naturalezza a ricader giù si è creduto fino adesso
che sia interna al vaso, o di vacuo, o di quella roba
sommamente rarefatta; ma io pretendo che la sia
esterna e che la forza venga dal di fuori. Su la
superficie del liquore che è nella catinella gravita
l’altezza di 50 miglia d’aria..”
.
Obiezioni di Ricci (Lettera del 18 Giugno
1644) :
1) se si mettono coperchi sopra la bacinella
su cui grava l’aria, la pressione atmosferica
non dovrebbe più esercitarsi e il mercurio
dovrebbe scendere…
Torricelli risponde considerando due casi:
se il coperchio aderisce al mercurio e allora è
il coperchio stesso ad esercitare la pressione;
se rimane dell’aria questa avrà la stessa
densità dell’aria esterna e allora il mercurio
non scenderà.
2) Come mai il peso dell’aria si esercita in
ogni direzione e non solo all’ingiù?
Torricelli risponde enunciando quello che sarà
il principio di Pascal:
….. “se bene i liquidi gravitano per natura in
giù, in ogni modo spingono e schizzano per
tutti i versi anco all’insù, purché trovino
luoghi dove arrivare, cioè luoghi che
resistano con forza minore della forza di
essi liquidi.”
3) Poiché un corpo immerso nell’acqua sente
una pressione dovuta solo all’acqua spostata,
che ha lo stesso volume del corpo,
analogamente il mercurio nel tubo dovrebbe
contrastare una quantità di aria pari al suo
volume ed è assurdo che questa poca aria
possa equilibrare quella del mercurio.
Torricelli risponde:
“il metallo sostenuto in quel collo di
vaso…è un corpo fluido, una superficie
del quale confina col vacuo, che non
gravita punto, l’altra superficie confina
con aria premuta con tante miglia di aria
ammassata…”.
Questa aria spinge il metallo fino a che si
eguaglia il peso dell’aria.
Dopo la lettera del 28 Giugno 1644, in cui
Torricelli risponde alle obiezioni di Ricci, non
ci sono più documenti sull’argomento.
In Europa l’esperienza dell’argento vivo destò
clamore… e venne ripetuta e discussa, si pensi
a Pascal e all’esperimento di Périer sul Puy de
Dome…
…. l’esistenza del vuoto, significa
esistenza di atomi che si combinano in
modo casuale, forse senza un fine
superiore..
Il vuoto è … in odore di eresia.
2008:International Handbook of Research on
Conceptual Change – Stella Vosniadou
The material nature of gases is still a
challenge even for student who have
mathematical, cognitive, and
metacognitive resources to restructure
their concept of matter, although they
now have a means for investigating the
issue.
Experimental showing that gases have
weight are relevant for student who believe
that matter has weight: a mental model of
solids and liquids as constituted of tiny
pieces might lend itself to a crude gas
model, in which those tiny pieces are far
apart. However the atomic molecular theory
will make boiling, evaporation, (as well as
melting and freezing) and nature of gases
much more meaningfull, giving solids,
liquids and gases a common ontology (they
are all made of particles separated in
space).
Misconcezioni riguardanti il modello
atomico- molecolare e alcune ipotesi sulle
loro cause
…..La metafisica è un altro ostacolo -
l’esistenza del vuoto fra gli atomi viola la
profonda convinzione metafisica che il
vuoto non possa esistere in natura….
Questo è l’inizio di un lungo percorso che ci
porta al concetto di sostanza semplice e
composta, di trasformazione chimica…
ci porta a conoscere le leggi della chimica
classica in modo problematico.
Ripercorriamo la storia delle idee
modificando lentamente le nostre.
Durante il cammino che facciamo stabiliamo
rapporti umani, regole condivise, impariamo..
La trama del racconto che costruiamo
ha una cornice storico-epistemologica
che ci permette di imparare a…
pensare in generale.
.
Bibliografia Abbri F., 1984, Le terre, l’acqua, le arie, Bologna, Il Mulino.
Boyle R., Nuovi esperimenti fisico-meccanici, in Opere, Torino, UTET.
Pascal B., 1968, Trattato sull’equilibrio dei liquidi, Torino, Boringhieri
Fiorentini C., Aquilini E., Colombi D., Testoni A., 2007, Leggere il mondo oltre le
apparenze, Roma, Armando.
Gliozzi M., Giua M., 1962, Storia delle Scienze, Torino, UTET.
Nonnoi G., 1988, Il pelago d’aria. Galileo, Baliani, Beckmann, Roma, Bulgarini.
Toscano F., 2008, L’erede di Galileo, Milano, Sironi.
Cavallini G.,1995, La formazione dei concetti scientifici, Firenze, La Nuova
Italia
Grimellini Tomasini, N, Segré G.,(a cura di) , 1991, Conoscenze scientifiche: le
rappresentazioni mentali degli studenti, Firenze, La Nuova Italia.
Vosniadou S.; International Handbook of Research on Conceptual Change,
2008, New York, Taylor & Francis.