CATALOGO "TEORIA E MACHINA"

Sabato 19 maggio 2010, alle ore 18.00, nella sede dell’istituto “Parodi”  è stato inaugurato il progetto “Teoria e machina: fisica e matematica in laboratorio” inserito nel POF dell’IIS “G.Parodi”. L’inaugurazione dell’esposizione è stata preceduta da una lezione del prof. Bellone dell’Università di Milano che ha presentato una relazione ai convenuti su “Modello e realtà nella fisica”. All’inaugurazione dell’esposizione ha partecipato anche l’assessore alla cultura dott. C.Sburlati. Il progetto è stato pensato per favorire l’integrazione fra le tre filiere dell’Istituto (Liceo Scientifico, Liceo Classico, ISA) rafforzando le competenze scientifiche con l’attivazione di esperienze laboratoriali. Nell’ambito del progetto è stato attivato anche un corso di epistemologia extracurricolare tenuto dal  prof. Cuzzupé. L’allestimento di  un’esposizione permanente delle macchine storiche dei laboratori di fisica, del Liceo Classico e dell’ISA era un’idea che da tempo era sorta nei docenti L.Piana, F.Repetto, A.Zaccone.

Il finanziamento da parte della fondazione San Paolo ha poi permesso  di iniziare il lavoro di catalogazione con l’idea di realizzare un’esposizione permanente interattiva con la città e il territorio creata e  curata dagli studenti. Alcune esperienze di aggiornamento, poi, realizzate nell’ambito del laboratorio di matematica   M@t.abel Questo indirizzo e-mail è protetto dallo spam bot. Abilita Javascript per vederlo.   hanno fornito altri incoraggiamenti ai due curatori della ricerca i docenti di Matematica e Fisica A.Zaccone, Fausto Repetto. Gli studenti hanno partecipato attivamente con la realizzazione di schede, in lingua italiana ed in lingua inglese, per ognuno degli armadi contenenti le apparecchiature storiche suddivise per ambito disciplinare: elettromagnetismo, acustica, ottica, ecc.. La catalogazione di apparecchiature per lo studio di fenomeni fisici, quale attività introduttiva del percorso progettuale assume un eminente valore interdisciplinare nell’ambito di Storia della scienza e dunque si tratta di un arricchimento della filiera storica. Il Liceo Classico ha collaborato per la traduzione dei testi in lingua inglese. L’Isa per l’allestimento dell’esposizione, il restauro degli strumenti di laboratorio e la componente grafico-decorativa dell’ambientazione, il Liceo scientifico per la ricerca storico-scientifica. Il Dirigente Scolastico ha presentato alcune riflessioni sul progetto, la cui sintesi è la seguente: il valore di ogni ricerca scientifica è riferibile al miglioramento delle condizioni generali di vita della comunità umana. La corsa sfrenata alle specializzazioni non deve far perdere di vista il senso generale dell’essere. Le teorie scientifiche che vengono prodotte in riferimento all’epoca storica di appartenenza  non hanno valore assoluto ma come dice K.Popper, esse sono “falsificabili”, sono cioè vere fino a quando non se ne presentano altre che servono di più alla convenzione del linguaggio scientifico ed a rispondere alle esigenze di senso di quell’epoca. Quello che in realtà ci pare di conoscere del mondo dei fenomeni è in realtà soltanto una convenzione dell’intelletto  sulla base di una conoscenza istintiva ed intuitiva della natura. Da questa conoscenza istintiva segue poi la pratica scientifica.

 Teoria e màchina

I termini che, predittivamente, esprimono questo progetto parlano chiaro. La parola greca “theorós” indica l'attitudine allo sguardo indagatore e sistematore dei principi secondo cui un dato fenomeno accade. Il termine “màchina” (dal lat. che a sua volta lo deriva dal gr. dorico machanà) invece richiama un insieme di elementi che sono combinati tra di loro. Essa richiama, inoltre,  un'idea di movimento che coinvolge parti importanti dell'insieme. Si tratta dunque, nel caso di un laboratorio di macchine, di uno o più movimenti che con il loro svilupparsi permettono misurazioni di “fatti” presenti in natura,  riprodotti in un ambiente controllato. Si uniscono l'azione indagatrice dell'uomo con gli strumenti utili ad effettuare rappresentazioni in laboratorio di fenomeni fisici e chimici con le relative valutazioni, misurazioni. Gli studenti dei tre indirizzi (ISA, Classico, Scientifico), che hanno partecipato al progetto, hanno studiato le macchine “storiche” dell’istituto, le hanno catalogate, ne hanno fornito una loro sistematizzazione nell'ambito della Storia della Scienza, svolgendo  un lavoro sia cognitivo sia meta cognitivo.

Scienza e Storia

La conoscenza diretta della natura passa dai secc. XVI-XVII attraverso l'uso delle strumentazioni.  Whitehead ritiene che la pratica scientifica sia una convinzione istintiva di un ordine di cose presente nella natura. L'esperimento mette in causa la natura direttamente (F.Bacon).  Nel XIV sec. l'orologio meccanico costituì la prima quantificazione della realtà. Nel Rinascimento la sperimentazione era condizionata dall'imprecisione degli strumenti. Si inventarono il telescopio, il microscopio, il barometro ed il termometro. Il telescopio (perspicillo) combinava il potere rifrangente di due lenti, una concava e l'altra convessa poste agli estremi di un tubo di cartone lungo poco meno di un metro, l'oggetto osservato poteva essere ingrandito fino a venti volte.  Galileo nel 1610 in Sidereus Nuncius scrive sull'importanza del telescopio. Se ne deduce che se con il microsopio si riescono a discernere realtà molto piccole che normalmente sfuggono ai nostri sensi è pensabile che  realtà ancora più piccole non siano percepibili da strumenti ancorché sofisticati.

 Arthur Young testimonia la visita al laboratorio dell'Arsenal di Lavoisier a Parigi nel 1787 dove rimase stupefatto dalla macchina  per produrre H2O, fatta di tre vasi. Nel primo vaso c’era l’idrogeno, nel secondo l’ossigeno, nel terzo si andava via via accumulando l’acqua che si produceva dalla reazione di sintesi. I tre recipienti graduati evidenziavano il progressivo diminuire dei due gas ed il loro trasformarsi in acqua nel terzo recipiente il cui contenuto aumentava.  

   La costruzione degli strumenti ha modificato la maniera di fare ricerca nella dimensione materiale della ricerca scientifica. A partire dalla prima metà del XIX sec. lo strumento veniva assorbito dalla tecnologia fino a giungere ai giorni nostri agli acceleratori di particelle. Oggi fare scienza significa utilizzare sistemi di strumenti, sempre più complessi. Senza una standardizzazione dei dati quantitativi oggi non si fa scienza. La scienza contemporanea dipende sempre più dagli strumenti.

Museo e didattica della Scienza

Nel Rinascimento l'attività dei musei e dei giardini botanici si implementò. Ulisse Aldrovandi professore di Philosophia naturalis, nel suo microcosmo annoverava: 18.000  cose diverse, tra cui 7000 piante , secche, incollate, dipinte;  5000 tra piante, animali  pietre, disegnate, parte delle quali  intagliate; 66 cassette divise in 4500 cassettine dove teneva 6000 oggetti tra minerali, frutti locali ed esotici.

  Nel museo collaboravano scienziati ed artisti. La rappresentazione del mondo naturale  doveva  essere capace di produrre un discorso che ne rivelasse, appunto la storia nel suo dinamico dispiegarsi. Di qui l'origine della disciplina della storia naturale, di cui il naturalista bolognese fu il primo docente in Europa.

   Nel 1622 i gesuiti fondarono a Vienna il primo museo didattico. 

  G.W.Leibniz suggerì nel 1675 la creazione di un nuovo tipo di esposizione di reperti scientifici e meccanici come lanterne, rappresentazioni dei cieli, fontane d’acqua, animali rari, esercitazioni di balistica, strumenti musicali rari, fino a comprendere un teatro anatomico affiancato da un giardino di erbe medicinali e da un laboratorio. 

Questo genere di esposizioni sarà la banca di tutte le invenzioni. Un serraglio. Macchine semplici. Osservatorio. Teatro anatomico. Museo di rarità. Ad esso si rivolgeranno  le persone curiose.

Nel XVIII sec., però, la tendenza si modificò verso la specializzazione. Evoluzione e specializzazione del sapere medievale.

Diderot fornì precise questioni di metodo rispetto alla costituzione di un’esposizione di storia naturale. Non si poteva mettere qualsiasi cosa e ciò che si metteva doveva rispondere ad un’esigenza d’ordine e d’utilità per la scienza. Si preconizzava, insomma, la necessità di una sintassi.

L.Spallanzani si fece promotore di un museo di storia naturale all'Università di Pavia. Il fine era quello dell'istruzione. Per Daubenton che aveva collaborato alla redazione dell'”Enciclopedia” di Diderot e D’Alembert, il museo era un compendio della natura. I minerali divennero oggetto di studio appassionato. I minerali non potevano trasmutarsi ma essere oggetto soltanto di reazioni chimiche. La mineralogia divenne una specializzazione nell'ambito della Chimica. La geologia e la paleontologia divennero scienze delle fasi geologiche della terra. In Francia, nel 1793, il Muséum intraprese l'opera di ospitare un serraglio che fu poi aperto al pubblico.   Nel XIX sec. si costruirono enormi musei naturalistici. Divenne fondamentale incrementare il numero dei visitatori per poter permettere il mantenimento dei musei. Oggi il museo di storia naturale di Stoccolma conta  18.000.000 di reperti, ma la sua funzione centrale è certamente quella didattica.  A Milano c'è dal 1939 il Museo della Scienza e della Tecnica. I musei scientifici hanno un loro rilievo nell’ambito della storia della scienza,   ma la loro importanza si fa più rilevante quando essi si volgono ad un ruolo vivo, polare, dialettico ed interattivo con gli utenti. E' fondamentale che essi rifuggano dalla staticità e che si rivolgano, per contro, all'interazione ed all'attrazione dell'interesse di chi li visita. Una visita ad un museo di storia della scienza dovrebbe divenire una vera e propria lezione di storia della scienza interattiva con le macchine in movimento e con strumenti di misurazione in azione.

Ricerca

L'uso dei laboratori, delle macchine e delle strumentazioni è fondamentale per lo studio delle materie scientifiche. Nelle Università tedesche del secondo quarto del secolo XIX si praticò l'insegnamento della Chimica con il laboratorio. Efficienza e costanza nel metodo pratico garantirono al sistema tedesco una supremazia indiscussa nell'insegnamento delle scienze della natura fino ai primi anni del '900. Progressivamente il curriculum scientifico venne identificato come uno dei modelli migliori. Le esigenze però di funzionamento dei laboratori, legate al reperimento delle risorse fecero sì che le università americane presero poi la prevalenza nella ricerca. Le casse delle Università erano in effetti vuote e non potevano concorrere  con le risorse delle imprese. Anche la figura dello scienziato si modificò di conseguenza divenendo anche manager, amministratore. Si aprì il varco ai consorzi che offrirono nuove possibilità di ricerca intesa come “ricerca innovazione”. Si impoverisce il ruolo dello scienziato “colto”, diventa preponderante lo “specialista”.

Il ricercatore 

Il filosofo spagnolo Ortega y Gasset fu molto critico nei riguardi della figura dello scienziato specialista non ritenendolo persona  colta e neppure, olisticamente, conoscitore di una scienza, bensì solo di una piccola parte di essa. E.Schrodinger  premio Nobel per la Fisica nel 1950 pensava, invece,  che i risultati della ricerca specialistica non esaurissero il loro ambito di senso in sé, ma nel colloquio generale con il senso dell’essere e dell’esistenza umana.

       L'affermazione della specializzazione, se da un lato risponde alle domande di senso che provengono dai numerosi enigmi che abitano il mondo fisico, d'altro canto pone in essere il problema ed il concetto di verità della teoria scientifica. Pare infatti evidente come le diverse ricerche abbiano dato risultati differenti a seconda delle epoche storiche di riferimento assolvendo peraltro alle esigenze della Scienza e della tecnologia. Popper parla a questo proposito di teoria della “falsificabilità”. Una teoria scientifica è vera fino a quando non se ne produce un'altra che soddisfi in maniera nuova e più efficace le esigenze della temperie scientifica dell'epoca di pertinenza. Non esiste pertanto, nella Scienza, nulla di teoricamente definitivo perché i linguaggi sono inseriti in un processo di ridefinizione continua.

Descartes nella sesta parte del suo discorso sul metodo sottolinea il valore di una filosofia pratica utile a migliorare la fruibilità dei prodotti del mondo abitato e le condizioni di salute  delle società umane nella loro  concretezza materiale. 

“E la cosa non merita di essere desiderata soltanto per l'invenzione di un'infinità di artifici che senza nessuna fatica ci farebbero godere dei frutti della terra e di tutti i vantaggi che se ne possono trarre ma principalmente per la conservazione della salute che senza dubbio è il primo bene e il fondamento di tutti gli altri beni di questa vita.” 

   Chi, tra i nostri studenti, al termine del ciclo superiore, scegliesse una carriera scientifica avrà in cura di tenere in debita considerazione l'importanza della riflessione cartesiana. Inoltre la pratica scientifica di laboratorio e della ricerca, perseguita con passione, deve far emergere l'importanza di  una visione sistemica delle conoscenze, non limitate al settore specialistico. Soltanto in una doppia relazione tra specialità e continuità del sapere, in prospettiva olistica, si potrà pensare ad un ruolo positivo della scienza sperimentale teso alla costruzione ed al mantenimento della pace e del soddisfacimento dei bisogni fondamentali dell’uomo tra cui la salute. 

 Laboratorio

Paracelso diceva che chi non sa fare nulla non comprende nulla. Descartes pensava ad una scienza   dove teoria e metodo si accompagnassero alla pratica sperimentale onde evitare la facilità dell’errore.

 A.L. Lavoisier seguì un corso di Fisica sperimentale diretto dall'abate Jean Nollet. Questi gli illustrava le modalità di costruzione di una grandissima varietà di strumenti: bilance, aerometri, termometri, barometri, macchine elettriche, bottiglie di Leida, modelli meccanici e altri congegni. Il tutto veniva descritto nei minimi dettagli così da offrire agli allievi, la possibilità di ripetere gli esperimenti in proprio.

   Si facevano dimostrazioni pubbliche: elettricità, magnetismo, fotosintesi, dinamica e statica dei corpi. Lavoisier aveva apparecchi, strumenti di misura, attrezzature e campioni chimici che nel complesso superavano le 10.000 unità. Nel protocollo del laboratorio venivano segnate data e ora dell'esperimento, le condizioni ambientali (temperatura e umidità), gli strumenti e le sostanze usate come reagenti. Prima di iniziare l'esperimento gli strumenti venivano calibrati e le sostanze pesate con bilance di precisione. Successivamente nel corso dell'opera venivano annotate tutte le variazioni che seguivano. Si annotavano anche le osservazioni estemporanee. Il protocollo permetteva al ricercatore di mostrare una sintesi chiara al pubblico. L'abitudine di registrare-documentare i dati diede luogo ad un progresso sostanziale dell'attività scientifica.

Le macchine di “Teoria e machina”

   Le macchine di “Teoria e machina”.  Apparecchio per lo studio e la misurazione della forza centrifuga. Piano inclinato con il quale è possibile determinare il valore dell'accelerazione di gravità. Legge della conservazione dell'energia. Argano finalizzato a determinare diversi vantaggi meccanici. Differenziale. Distribuisce equamente il momento torcente tra due ruote motrici anche se queste ruotano a differente velocità. Eccentrici. Sono elementi di forma circolare con un asse spostato dall'asse rotativo del corpo stesso e generalmente vengono utilizzati per trasformare il moto rotatorio continuo in un moto alternato o per generare una forza vibrante. Macchine per la trasmissione della rotazione utili ad evidenziare la trasmissione del moto di rotazione. Vite senza fine. Leonardo ne propose l'utilizzazione per divaricare robuste barre metalliche come quelle delle inferriate. Pompa a vuoto. Macchina per creare il vuoto. Bilancia a bracci fondamentale in un laboratorio. Strumento preciso sino alla terza cifra decimale dopo lo zero. Modello Sole Luna.

Apparecchio di Pascal. Utile a dimostrare che  la pressione si trasmette in un fluido in egual misura. Manometro per misurare la pressione dei fluidi. Barometro per la misurazione della pressione atmosferica. Emisfere di Magdeburgo, per verificare la pressione atmosferica. Paroscopio, per la dimostrazione del principio di Archimede. Apparecchio per la capillarità. Studio del  menisco concavo e menisco convesso. Vasi comunicanti per la legge di Stevin. Apparecchi per lo studio della riflessione e della rifrazione della luce. Camera oscura. Epidiascopio. Strumento ottico di proiezione. Disco di Newton. Serve per dimostrare come componendo insieme  i diversi colori si ottenga il bianco. Aerometro di Nicholson. Per la misurazione del peso specifico dei corpi. Aloolemetro di Gay Lussac per la misurazione della concentrazione volumetrica di C2H5OH in 100 cc di soluzione. Pirometro per misurare la dilatazione termica dei metalli. Termoscopio di Looser. Utile alla misurazione della dilatazione dei corpi, conduzione del calore. Pila di Daniell, con una parte anodica ed una parte catodica. Tubi di Geissler per misurare le scariche nei gas rarefatti. Tubo di Crookes, per la misurazione del fenomeno di scarica nei gas. Gabbia di Faraday perisolare l'ambiente interno da qualunque campo elettrico. Macchina per l'elettrolisi. Motore elettrico ad induzione per la misurazione dell'elettromagnetismo. Bottiglie di Leyda per trasmettere cariche elettriche all'esterno. Campanello elettrico (dispositivo elettromeccanico). Doppia bobina con nucleo di ferro. Utile alla realizzazione di esperienze sull'induzione                   elettromagnetica. Elemento di Volta che evidenzia l'attrazione tra le facce dell'armatura causate da cariche opposte che si attraggono. Elettrocalamita con ancora. Elettromagnete per produrre lavoro meccanico. Pistola di Volta. Utile alla dimostrazione pubblica per l'eclatante fenomeno della fuoriuscita del turacciolo sospinto dalla espansione dei gas dopo reazione H2 + O2. Rocchetto di Ruhmkorff. Trasformatore generatore di corrente. Apparecchio di Oersted, 1820, per evidenziare  il legame tra corrente elettrica e campo magnetico. Pendolo di Waltenhofen per evidenziare le correnti di Foucault. Elettroforo del 1775. Macchina elettrostatica ad induzione in grado di accumulare e separare cariche elettriche. Mulinello elettrico. Collegando il manicotto ad una macchina elettrostatica il mulinello inizia a ruotare perché l'alto potenziale delle punte ionizza parzialmente l'aria circostante. Pozzo di Beccaria. E' utile alla dimostrazione del  fenomeno dell'induzione totale.

   Nell'esposizione sono presenti anche una riproduzione del lavoro di Escher, “Relatività”  ed una serie di poliedri realizzati dagli alunni dell'ISA.

    La collaborazione tra scienziati ed artisti fu uno dei cardini dello sviluppo della scienza e della ricerca. Questi ultimi infatti collaboravano con la loro arte alla rappresentazione della natura. Importanza dell'uso della prospettiva. L'Arte fu uno strumento che aiutò la scienza a fondarsi  su basi nuove. Cito Galileo che nel Sidereus Nuncius inserì nove disegni originali. Metodo nuovo di rappresentare i fenomeni naturali. Vesalio nel 1543 pubblicò con l'ausilio di due artisti, J.S.Van Kalkar e J.Oporinus De humani corporis fabbrica uno dei capolavori della medicina rinascimentale. G.Agricola,  (Georg Bauer - 1495-1555), con il suo De Re metallica,1556,summa del sapere metallurgico e mineralogico del suo tempo, conteneva 292 xilografie utilizzate per illustrare le differenti fasi e strumenti dell'arte. Gli studenti del “Parodi”unendo Arte e Scienza hanno sottolineato l'importanza storico-scientifica di questa collaborazione. Un manufatto artistico, infatti, contiene in sé vitalità e segni comunicativi che nessuna stampa è in grado di trasmettere.

Nicola Tudisco

Bibliografia essenziale: 

Beretta,             Storia materiale della scienza, Mondadori 2002
V.Cappelletti,    L’ampliamento del concetto di scienza, Un. Roma 1997;
“                            Metodo e prassi della scienza nei loro sviluppi storici, Un. Roma 1997;
F.A.Meschini,   M.Scollo Lavizzari, Settecento Filosofico e Scientifico, Un. Roma 1997;
S.D’Agostino,   Matematica e Fisica, nell’800 Un. Roma, 1997;