Didattica e storia della fisica

A.A. 2019/2020
6
Crediti massimi
48
Ore totali
SSD
FIS/08
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso presenta i principali temi della storia della fisica, sia teorici sia sperimentali, dal periodo ellenico fino alla metà del Novecento. Il corso affronterà anche il ruolo della storia della fisica nella didattica della fisica, il legame con alcuni aspetti di filosofia della scienza, e temi di beni culturali come la strumentazione scientifica nelle raccolte museali e i supporti dell'informazione storico-scientifica.
Risultati apprendimento attesi
The aim of this course is to introduce the main themes of the History of theoretical and experimental Physics from the Hellenic time until the mid-20th century. The course will also address the role of History of Physics in Physics Education, the links with some aspects of Philosophy of Science, and themes concerning the cultural heritage such as the scientific instruments on exhibition in museum collections and the historical-scientific information supports.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Periodo
Primo semestre
Programma
1) Elementi di filosofia della scienza
Scienza e pseudo-scienza. Deduzione e induzione. Il problema di Hume. Inferenza verso la spiegazione migliore. Probabilità e induzione. Il modello della legge di copertura di Hempel. I problemi della simmetria e dell'irrilevanza. Spiegazione e causalità. Spiegazione e riduzione. Realismo scientifico e anti-realismo. L'osservabilità. La sottodeterminazione.
2) La fisica dell'antichità classica
La teoria delle cause di Aristotele e la classificazione dei filosofi naturali presocratici. La fisica pitagorica. L'atomismo ellenico. La meccanica aristotelica. La fisica archimedea. La cosmologia aristotelica. L'eliocentrismo di Aristarco. La misura della Terra. L'astronomia tolemaica.
3) La fisica medievale e rinascimentale
La fisica araba e occidentale. La teoria dell'impetus. Il sistema copernicano. Il sistema ticonico. La meccanica celeste kepleriana.
4) La Rivoluzione Scientifica
Storiografia critica sulla Rivoluzione Scientifica. La cosmologia cartesiana.
5) La fisica galileiana
Gli strumenti galileiani. La matematica e la misura. Il copernicanesimo galileiano. Il Sidereus Nuncius e il Dialogo sopra i due massimi sistemi. Il moto di caduta. I Discorsi e dimostrazioni intorno a due nuove scienze.
6) La fisica newtoniana
La scienza newtoniana nel contesto alchemico e religioso. Il procedimento teorico newtoniano. I Principia mathematica philosophiae naturalis. Lo spazio, il tempo, il movimento. Il dualismo materia-forza. Le leggi del moto. La gravitazione newtoniana. Le proprietà della materia. L'ottica newtoniana. L'ottica di Hooke. La fisica di Huygens. La misura della velocità della luce.
7) La meccanica post-newtoniana
La conservazione della quantità di moto. L'energia cinetica e potenziale. La conservazione dell'energia. La conservazione del momento angolare. L'azione. La meccanica hamiltoniana. La meccanica lagrangiana.
8) La fisica dei fluidi e dei campi
L'ottica post-newtoniana. L'etere. Il fluido elettrico. Il fluido magnetico. L'elettrostatica. L'elettrodinamica. Il campo. L'induzione elettromagnetica. L'unificazione elettromagnetica. L'elettromagnetismo maxwelliano. L'ottica elettromagnetica.
9) La termodinamica
Il primo principio della termodinamica. Il secondo principio della termodinamica. La teoria cinetica dei gas. La meccanica statistica di Boltzmann e Gibbs.
10) La transizione verso la fisica moderna
La spettroscopia. La radiazione di corpo nero. Il quanto d'azione di Planck. Il quanto di energia di Einstein. I modelli atomici chimici e fisici dell'Ottocento. I raggi catodici. Gli elettroni. I raggi X. La radioattività. La struttura dell'atomo nucleare.
11) La teoria della relatività
La teoria della relatività ristretta. La velocità della luce. Lo spazio-tempo. La teoria della relatività generale. La gravitazione e l'accelerazione.
12) La teoria atomica
L'atomo planetario di Rutherford. L'atomismo e la spettroscopia. L'atomo di Bohr.
13) La meccanica quantistica
Il dualismo onda-particella. Il principio di indeterminazione. La meccanica matriciale e la meccanica ondulatoria. L'equazione d'onda di Schrödinger. L'equazione d'onda relativistica di Dirac. L'elettrodinamica quantistica.
14) La fisica nucleare e delle particelle elementari
Le proprietà del nucleo atomico. La radioattività e la stabilità nucleare. I modelli nucleari. La radioattività artificiale. La fissione nucleare. La fusione nucleare. Le particelle elementari: elettrone, neutrone, muone, pione. Il neutrino. I quark. Il modello standard.
15) La cosmologia
La Galassia. Le galassie in allontanamento. L'evoluzione stellare. L'espansione dell'universo. Il modello del Big Bang.
Prerequisiti
Non sono previsti prerequisiti.
Metodi didattici
Lezioni frontali in aula. Alla fine delle lezioni sono organizzate un paio di visite facoltative a musei con collezioni di storia della fisica.
La frequenza alle lezioni è fortemente consigliata.
Materiale di riferimento
Allori et al.: "La natura delle cose" (Carocci)
Arons: "Guida all'insegnamento della fisica" (Zanichelli)
Beretta: "Storia materiale della scienza" (Bruno Mondadori)
Buchwald, Fox: "The Oxford Handbook of the History of Physics" (Oxford University Press)
Henry: "A Short History of Scientific Thought" (Palgrave MacMillan)
Motz, Weaver: "The Story of Physics" (Plenum Press)
Okasha: "Il primo libro di filosofia della scienza" (Einaudi)
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame è orale e consiste in tre parti:
1) una domanda sui principali tipi di ragionamenti scientifici con esempi tratti dal corso di studi dello studente; verranno valutati la chiarezza espositiva della definizione dei tipi di ragionamenti scientifici e la congruità degli esempi presentati.
2) due domande sugli argomenti di storia della fisica trattati a lezione: viene chiesta un'esposizione sintetica (orientativamente 15 minuti per domanda) di un capitolo tratto dalla prima parte del libro di testo e di un capitolo tratto dalla seconda parte; sarà valutata la chiarezza espositiva, la capacità di sintesi, la correttezza delle informazioni storiche e dei contenuti scientifici.
3) la presentazione in circa 30 minuti da parte dello studente di un testo a scelta dello studente e concordato con il docente; le domande della parte 2) dell'esame non verteranno sui temi trattati in questa parte di approfondimento. Sarà valutata la chiarezza espositiva e la comprensione dei principali argomenti trattati nel testo scelto.
FIS/08 - DIDATTICA E STORIA DELLA FISICA - CFU: 6
Lezioni: 48 ore
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