Fisica
Meccanica
La battaglia per il copernicanesimo fu combattuta nel regno della meccanica e dell'astronomia. Il sistema tolemaico-aristotelico si ergeva o cadeva come un monolito, e si basava sull'idea della fissità della Terra al centro del cosmo. La rimozione della Terra dal centro distrusse la dottrina del movimento e del luogo naturali e il movimento circolare della Terra era incompatibile con la fisica aristotelica.
I contributi di Galileo alla scienza della meccanica erano direttamente collegati alla sua difesa del copernicanesimo. Sebbene nella sua giovinezza abbia aderito alla tradizionale fisica dell'impeto, il suo desiderio di matematizzare alla maniera di Archimede lo ha portato ad abbandonare l'approccio tradizionale e sviluppare le basi per una nuova fisica che era sia altamente matematizzabile che direttamente correlata ai problemi che affronta il nuovo cosmologia. Interessato a trovare la naturale accelerazione dei corpi in caduta, è stato in grado di derivare la legge della caduta libera (la distanza, s, varia come il quadrato del tempo, t 2). Combinando questo risultato con la sua forma rudimentale del principio di inerzia, fu in grado di derivare il percorso parabolico del moto del proiettile. Inoltre, il suo principio di inerzia gli ha permesso di soddisfare le tradizionali obiezioni fisiche al movimento della Terra: poiché un corpo in movimento tende a rimanere in movimento, i proiettili e altri oggetti sulla superficie terrestre tenderanno a condividere i movimenti della Terra, che saranno così impercettibile per qualcuno in piedi sulla Terra.
I contributi del 17 ° secolo alla meccanica del filosofo francese René Descartes, come i suoi contributi allo sforzo scientifico nel suo insieme, riguardavano più i problemi alla base della scienza che la soluzione di problemi tecnici specifici. Si occupava principalmente delle concezioni della materia e del movimento come parte del suo programma generale per la scienza - vale a dire, per spiegare tutti i fenomeni della natura in termini di materia e movimento. Questo programma, noto come filosofia meccanica, divenne il tema dominante della scienza del 17 ° secolo.
Cartesio respinse l'idea che un pezzo di materia potesse agire su un altro attraverso uno spazio vuoto; invece, le forze devono essere propagate da una sostanza materiale, l '"etere", che riempie tutto lo spazio. Sebbene la materia tenda a muoversi in linea retta secondo il principio di inerzia, non può occupare spazio già riempito da altra materia, quindi l'unico tipo di movimento che può effettivamente verificarsi è un vortice in cui ogni particella di un anello si muove contemporaneamente.
Secondo Cartesio, tutti i fenomeni naturali dipendono dalle collisioni di piccole particelle, quindi è di grande importanza scoprire le leggi quantitative dell'impatto. Ciò fu fatto dal discepolo di Cartesio, il fisico olandese Christiaan Huygens, che formulò le leggi di conservazione della quantità di moto e dell'energia cinetica (quest'ultima valida solo per le collisioni elastiche).
L'opera di Sir Isaac Newton rappresenta il culmine della rivoluzione scientifica alla fine del 17 ° secolo. La sua monumentale Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687; Principi matematici di filosofia naturale) ha risolto i principali problemi posti dalla rivoluzione scientifica nella meccanica e nella cosmologia. Fornì una base fisica per le leggi di Keplero, unificò la fisica celeste e terrestre sotto un insieme di leggi e stabilì i problemi e i metodi che dominarono gran parte dell'astronomia e della fisica per oltre un secolo. Tramite il concetto di forza, Newton è stato in grado di sintetizzare due importanti componenti della rivoluzione scientifica, la filosofia meccanica e la matematizzazione della natura.
Newton è stato in grado di ricavare tutti questi sorprendenti risultati dalle sue tre leggi di movimento:
1. Ogni corpo continua nel suo stato di riposo o di movimento in linea retta a meno che non sia costretto a cambiare tale stato con la forza impressa su di esso;
2. Il cambiamento di movimento è proporzionale alla forza motrice impressa ed è fatto nella direzione della retta in cui è impressa quella forza;
3. Ad ogni azione si oppone sempre una reazione uguale: o, le azioni reciproche di due corpi l'una sull'altra sono sempre uguali.
La seconda legge fu messa nella sua forma moderna F = ma (dove a è un'accelerazione) dal matematico svizzero Leonhard Euler nel 1750. In questa forma, è chiaro che il tasso di variazione della velocità è direttamente proporzionale alla forza che agisce su un corpo e inversamente proporzionale alla sua massa.
Per applicare le sue leggi all'astronomia, Newton dovette estendere la filosofia meccanica oltre i limiti stabiliti da Cartesio. Ha postulato una forza gravitazionale che agisce tra due oggetti qualsiasi nell'universo, anche se non era in grado di spiegare come questa forza potesse essere propagata.
Per mezzo delle sue leggi del moto e di una forza gravitazionale proporzionale al quadrato inverso della distanza tra i centri di due corpi, Newton poteva dedurre le leggi del moto planetario di Keplero. Anche la legge di Galileo sulla caduta libera è coerente con le leggi di Newton. La stessa forza che fa cadere gli oggetti vicino alla superficie della Terra mantiene anche la Luna e i pianeti nelle loro orbite.
La fisica di Newton ha portato alla conclusione che la forma della Terra non è precisamente sferica ma dovrebbe gonfiarsi all'equatore. La conferma di questa previsione da parte delle spedizioni francesi a metà del XVIII secolo aiutò a convincere la maggior parte degli scienziati europei a passare dalla fisica cartesiana a quella newtoniana. Newton usò anche la forma non sferica della Terra per spiegare la precessione degli equinozi, usando l'azione differenziale della Luna e del Sole sul rigonfiamento equatoriale per mostrare come l'asse di rotazione avrebbe cambiato direzione.
Ottica
La scienza dell'ottica nel 17 ° secolo espresse le prospettive fondamentali della rivoluzione scientifica combinando un approccio sperimentale con un'analisi quantitativa dei fenomeni. L'ottica ebbe le sue origini in Grecia, in particolare nelle opere di Euclide (c. 300 a.C.), che dichiarò molti dei risultati nell'ottica geometrica scoperti dai Greci, inclusa la legge della riflessione: l'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione. Nel 13 ° secolo, uomini come Roger Bacon, Robert Grosseteste e John Pecham, facendo affidamento sul lavoro dell'arabo Ibn al-Haytham (morto nel 1040 circa), considerarono numerosi problemi ottici, tra cui l'ottica dell'arcobaleno. Fu Keplero, che prese la sua guida dagli scritti di questi ottici del 13 ° secolo, che stabilirono il tono per la scienza nel 17 ° secolo. Keplero ha introdotto l'analisi punto per punto dei problemi ottici, tracciando i raggi da ciascun punto sull'oggetto a un punto sull'immagine. Proprio come la filosofia meccanica stava spezzando il mondo in parti atomiche, così Keplero si avvicinò all'ottica rompendo la realtà organica in quelle che considerava in definitiva unità reali. Ha sviluppato una teoria geometrica delle lenti, fornendo il primo resoconto matematico del telescopio di Galileo.
Cartesio ha cercato di incorporare i fenomeni di luce nella filosofia meccanica dimostrando che possono essere spiegati interamente in termini di materia e movimento. Usando analogie meccaniche, è stato in grado di derivare matematicamente molte delle proprietà conosciute della luce, tra cui la legge di riflessione e la legge di rifrazione recentemente scoperta.
Molti dei più importanti contributi all'ottica nel 17 ° secolo furono opera di Newton, in particolare la teoria dei colori. La teoria tradizionale considerava i colori come il risultato della modifica della luce bianca. Cartesio, ad esempio, pensava che i colori fossero il risultato della rotazione delle particelle che costituiscono la luce. Newton ha sconvolto la teoria tradizionale dei colori dimostrando in una serie impressionante di esperimenti che la luce bianca è una miscela dalla quale è possibile separare fasci di luce colorata separati. Associava diversi gradi di rifrangibilità a raggi di diversi colori e in questo modo era in grado di spiegare il modo in cui i prismi producono spettri di colori dalla luce bianca.
Il suo metodo sperimentale era caratterizzato da un approccio quantitativo, poiché cercava sempre variabili misurabili e una chiara distinzione tra risultati sperimentali e spiegazioni meccaniche di tali risultati. Il suo secondo importante contributo all'ottica ha affrontato i fenomeni di interferenza che sono diventati chiamati "anelli di Newton". Sebbene i colori dei film sottili (ad es. Olio su acqua) fossero stati precedentemente osservati, nessuno aveva tentato di quantificare i fenomeni in alcun modo. Newton osservava relazioni quantitative tra lo spessore del film e i diametri degli anelli di colore, una regolarità che cercava di spiegare con la sua teoria degli attacchi di facile trasmissione e di facile riflessione. Nonostante il fatto che generalmente concepisse la luce come particolato, la teoria degli adattamenti di Newton implica periodicità e vibrazioni dell'etere, l'ipotetica sostanza fluida che permea tutto lo spazio (vedi sopra).
Huygens fu il secondo grande pensatore ottico del 17 ° secolo. Sebbene fosse critico nei confronti di molti dettagli del sistema di Cartesio, scrisse nella tradizione cartesiana, cercando spiegazioni puramente meccaniche dei fenomeni. Huygens considerava la luce come un fenomeno a impulsi, ma negava esplicitamente la periodicità degli impulsi luminosi. Ha sviluppato il concetto di fronte d'onda, grazie al quale è stato in grado di derivare le leggi della riflessione e della rifrazione dalla sua teoria del polso e di spiegare il fenomeno della doppia rifrazione recentemente scoperto.
