Nonsoloformule

per una rilettura dell'elettromagnetismo

da una lezione al corso maturandi 1998 - Milano

 

Un esempio significativo

Caccia al neutrone

 

·  Esperimento

Irène Curie e Frédéric Joliot bombardano Berillio con particelle alfa: la radiazione emessa è molto energetica, tale da espellere protoni da uno strato di paraffina.

·  Interpretazione

si tratta di raggi gamma che proiettano i protoni per effetto Compton.

·  Obiezioni

quei fotoni g erano inadeguati per proiettare particelle pesanti come i protoni
(e i Curie potevano saperlo...)

·  Commento di Rutherford:

Non ci credo

·  Commento di Majorana:

Che cretini! Hanno scoperto il protone neutro e non se ne accorgono.


Pochi giorni dopo, Chadwick ripete lo stesso esperimento sotto altre ipotesi e trova il

neutrone
soffiando il Nobel per la fisica ai Curie
(che recuperano col Nobel per la chimica)

Chadwick era allievo di Rutherford che da tempo sospettava l’esistenza di particelle neutre...


L’esperienza della ricerca scientifica

è un’esperienza di scoperta
è l’esperienza del trovare (euresis)

Ma per trovare bisogna avere delle aspettative,
degli interrogativi con i quali provocare la realtà,
delle piste per orientare l’indagine,
delle domande

Scienziato = artista della domanda


Proposta di lettura

Rileggere la storia delle scienze con l’occhio sulle domande:

¿ come nascono ?
¿ che cosa le influenza ?
¿ come si precisano ?
¿ come si riproducono ?

N.B. la chiarezza della domanda è condizione anche per riconoscere le risposte diverse dalle aspettative, impreviste.
(Chadwick ha affrontato l’esperimento con una domanda più chiara)


¿ come nascono le domande ?

nella persona

° Dato

° Presenza
“C'è un’evidenza prima e uno stupore del quale è carico l'atteggiamento del vero ricercatore: la meraviglia della presenza mi attira ecco, scatta in me la ricerca”

° Stupore
“I concetti creano gli idoli, solo lo stupore conosce”

° Curiosità
“È sufficiente che l’uomo tenti di comprendere soltanto un po’ di questi misteri, giorno dopo giorno, senza mai demordere, senza mai perdere questa sacra curiosità”

° Osservazione

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¿ che cosa influenza le domande ?

Il contesto storico e culturale

valore e limiti

Paradigmi

a volte aiutano
perché la natura è unitaria

a volte ostacolano
perché la natura è anche varia e imprevedibile

quindi

tradizione & apertura

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¿ come si precisano le domande ?

col procedere della ricerca, le domande si precisano in base a

·  nuove osservazioni

·  nuove intuizioni logico-matematiche

·  nuovi controlli e risultati sperimentali

Tutta la fisica dell’800 e 900 può essere riletta come un progressivo
affinamento delle domande
e un conseguente
ampliamento dell’oggetto dell’indagine

fenomeni elettrici - fenomeni magnetici

elettromagnetismo

natura della luce

interazione materia-radiazione

natura della materia


Elettromagnetismo

 

Coulomb
¿come interagiscono due cariche?
paradigma newtoniano (1/r2)

ma anche forze repulsive

Oersted
¿una stessa causa per effetti elettrici e magnetici?
inizia (senza formule) nuovo paradigma

CAMPO

 

Ampère
¿come inquadrare, in un unico modello, interazioni corrente-magnete, corrente-corrente, magnete-magnete?

paradigma ancora newtoniano

ma anche grande intuizione

ricondurre tutto a interazioni tra correnti

influenza della filosofia della natura:
visione unitaria dei fenomeni ...

Faraday
interrogativi sorti dall’attività sperimentale

·  scoperta del fenomeno dell’induzione e.m.

·  concetto intuitivo di CAMPO e sua prima descrizione geometrica (linee di forza)

Maxwell

grande sintesi teorica (eq. campo e.m.)

apertura nuove domande

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¿ come si riproducono?

 

Maxwell e la coda delle comete


Se una carica q è investita da un’onda e.m.

E = f(t)
F = q E quindi la q acquista una v
F = q v
L B


onda e.m. genera un impulso

quindi porta una quantità di moto

 

come i corpi materiali in movimento
es. la coda delle comete

Conseguenze:
- si apre una nuova domanda circa

la natura della radiazione

- cade la separazione netta tra energia e materia
- verso la scoperta del

carattere “particellare” dell’energia
carattere “ondulatorio” della materia


Proposta per lo studio

* individuare le domande

per ogni argomento:

“qual’era il problema?”

es. legge Ohm (in ordine crescente di importanza)

come si calcolano R serie e parallelo?
cos’è la R?
come si legano V e I in un conduttore?
come si muovono le cariche in un Campo Elettrico uniforme?

·  Effetti di un C. E. su una carica

poi, per analogia:

·  Effetti di un C. M. su una carica
(in moto ...)

* dalla domanda generica alla formulazione rigorosa

per ogni capitolo o legge: A = f(a,b,c ...)

“da che cosa dipende?”
“da che cosa non dipende?”
“sotto quali condizioni?”
“quali sono i limiti di validità?”

es. legge Ohm

vale per i conduttori lineari

* esplicitare la strategia seguita per trovare la risposta

...diversa tra periodi e scienziati ...

es.

° raccolta di indizi (Faraday)
° sperimentazione diretta (Faraday)
° analogie, coerenza formale (Maxwell)

da DB a E >>> da DE a B

° nuove ipotesi e deduzioni (Einstein)


* descrivere le diverse procedure di controllo


esperimenti diretti

° bilancia di Coulomb
° bilancia di Ampère
° V = RI

prove indirette
per verificare una relazione tra alcune grandezze, ne misuro altre dedotte dalle prime

es. F = q v L B
es. dilatazione tempi nei muoni (relatività)

esperimenti cruciali

° Oersted
° Michelson-Morely
° Rutherford

* rileggere le spiegazioni precedenti alla luce delle nuove sintesi

es.

campo / fenomeni elettrici e magnetici elementari
campo / forza tra correnti (Ampère)
eq. Maxwell / correnti indotte
onde e.m. / fenomeni ottici elementari



* evidenziare problemi rimasti aperti ad ogni stadio

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