Gli incredibili strumenti scientifici del Museo FirST

Il Gabinetto di Fisica della Fondazione Scienza e Tecnica di Firenze è stato aperto al pubblico solo dopo un lungo restauro, terminato nel 2007.

Pochi sanno che si tratta della più grande collezione di strumenti scientifici di Italia e di una delle più complete d'Europa. Sono presenti più di 3000 strumenti, molti dei quali perfettamente funzionanti; alcuni sono piuttosto rari ed antichi, come il catetometro di Perreaux e l'apparecchio ottico di Duboscq. In quest'articolo illustreremo la nascita di questa collezione e mostreremo alcuni di questi strumenti in funzione, spiegando i fenomeni scientifici che vengono dimostrati.

Introduzione

Anche se l'istituzione del Museo della Scienza e della Tecnica è piuttosto recente, l'origine delle sue collezioni risale agli inizi del 1800, quando i francesi istituirono a Firenze un Conservatorio delle Arti e dei Mestieri in cui riunire macchine, modelli e strumenti che potessero servire per fabbriche e manifatture; inoltre, fu deciso di associarlo all'Accademia delle Belle Arti. Nel 1839 viene realizzata, a cura di una speciale classe dell'Accademia, la prima delle Pubbliche Esposizioni dei Prodotti delle Arti e Manifatture, in coincidenza con le prime riunioni degli scienziati a Pisa e Firenze. Solo nel 1848 il Conservatorio si distacca dall'Accademia e diventa un Istituto Tecnico e successivamente Museo Tecnologico.

Moltissimo nuovo materiale venne donato al Museo dopo la prima Esposizione Nazionale Italiana, nel 1861. Ma l'Istituto prende un vero slancio durante il periodo di Firenze capitale, quando si provvede all'ordinamento di un Laboratorio di Fisica; la collezione si arricchisce allora di molti strumenti, principalmente macchine per l'elettricità ed il magnetismo. Si tratta di macchinari soprattutto francesi, tedeschi ed inglesi, i migliori costruttori dell'epoca. Negli stessi anni nasce anche il Gabinetto di Storia Naturale, che verrà associato al Museo Tecnologico. Da queste collezioni si realizza un ambizioso progetto, unico in Italia, che diventerà l'Istituto Tecnico Toscano.

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Figura 1: Alcuni campioni della collezione di Scienze Naturali. Cortesia Fondazione Scienza e Tecnica

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Figura 2: Alcuni campioni della collezione di Scienze Naturali. Cortesia Fondazione Scienza e Tecnica

Queste ricchissime collezioni sono state dimenticate per alcuni decenni, per essere infine riscoperte solo negli anni '70, grazie al crescente interesse per le collezioni a carattere scientifico. Da allora è ancora in corso il lavoro di riconoscimento, restauro e catalogazione della collezione; si tratta, infatti, di una quantità e varietà di oggetti incredibili! Possiamo vederne alcuni esempi nelle figure 1 e 2.

Attualmente il Museo ospita tre collezioni permanenti: le collezioni di Scienze Naturali, collezioni di prodotti industriali e manufatturieri e il Gabinetto di Fisica.

Il Gabinetto di Fisica

Meccanica

Figura 3: Frontespizio di un volume di meccanica conservato nella biblioteca della Fondazione. Cortesia Fondazione Scienza e Tecnica.

Aula di fisica

Figura 4: L'Aula di Fisica dove si svolgevano le lezioni. Cortesia Fondazione Scienza e Tecnica

Fino agli inizi del 1800, si faceva ricerca principalmente nei gabinetti dei grandi scienziati, quindi nelle loro abitazioni private. I moderni laboratori, come luoghi attrezzati per le attività scientifiche di ricerca ed istruzione, nascono intorno alla metà del XIX secolo. Si trattava di strumenti e dotazioni costose, e non tutte le università potevano permettersi di allestirlo. L'attività di insegnamento nel Laboratorio di Fisica dell'Istituto Tecnico Toscano prese il via nel 1857. Anche per questo motivo il Laboratorio venne dotato di un consistente numero di apparecchi, sia tramite scambi che tramite acquisti, come testimonia il volume in figura 3. Grazie a Filippo Corridi, primo direttore dell'Istituto, si ebbero le prime acquisizioni, curate durante le sue visite alle Esposizioni Universali di Londra e Parigi.

Gli apparecchi venivano mostrati agli studenti in un anfiteatro in via san Gallo, dotato di gas e corrente elettrica. Quando fu effettuato il trasferimento nel nuovo edificio, dove risiede oggi la Fondazione, gli strumenti vennero sistemati in due sale ed un salone dove eseguire le esperienze, che vediamo in figura 5, un laboratorio chimico dotato di cappa aspirante ed un'aula con banchi a gradinata per le lezioni, che possiamo vedere in una foto storica in figura 4. Attualmente la collezione si trova ancora in questa posizione, anche se l'aula non fa parte del museo.

Figura 5: Salone di FIsica. Cortesia Fondazione Scienza e Tecnica

Figura 5: Salone di FIsica. Cortesia Fondazione Scienza e Tecnica

Degno di nota il fatto che il Gabinetto fosse attrezzato di acqua corrente, gas ed elettricità. Si trattava quindi di un laboratorio all'avanguardia; era presente persino una macchina per il ghiaccio per gli esperimenti di termologia. Le acquisizioni, ovviamente, continuarono sull'onda delle nuove scoperte, come le onde elettromagnetiche ed i raggi X, ma anche applicazioni come telegrafia e correnti alternate. Purtroppo questo periodo di straordinarie acquisizioni e innovazioni, venne interrotto dalla Prima Guerra Mondiale. La dotazione divenne sempre più obsoleta e sempre meno utilizzata. Tuttavia fu proprio lo scarso utilizzo e la raccolta in zone non più utilizzate per la didattica, a permettere la conservazione degli strumenti; queste attrezzature sono realizzate soprattutto in ottone, legno e vetro, materiali deteriorabili ma recuperabili. Per questo è stato possibile il restauro di molti oggetti, perfino funzionanti.

Le collezioni mostrano le branche della fisica come erano divise agli inizi del Novecento: meccanica, pneumatica, acustica, termologia, ottica, elettromagnetismo e meteorologia. Nella prossima sezione vedremo alcuni di questi strumenti ed i fenomeni ad essi correlati.

Collezioni del Gabinetto di Fisica

Acustica: figure di Chladni

Quello che vediamo in azione nel video è uno strumento piuttosto semplice; si tratta di una serie di piastre di ottone di forme diverse, installate su colonne di legno. Dopo aver sparso della sabbia sul disco, si fa passare sul bordo un archetto. La piastra vibra e la sabbia forma le figure di Chladni.

Ernst Chladni fu un fisico e musicista tedesco vissuto a cavallo tra il 1700 ed il 1800. Tramite alcuni esperimenti come quello appena visto verificò che la sabbia si spostava per effetto della vibrazione, accumulandosi nei punti dove la vibrazione è nulla. Se abbiamo una vibrazione stazionaria ( cioè un'onda limitata nello spazio che varia periodicamente nel tempo), i punti dove si accumula la sabbia sono i punti nodali del modo di vibrazione. Questi punti sono determinati dalla forma del disco.

Elettromagnetismo: amperometro con filo di rame

Nel video possiamo vedere un filo di rame inserito in un circuito con una batteria, un amperometro e un interruttore. Il filo di rame viene riscaldato e reso rovente a causa dell'effetto joule. Si ha un effetto diverso a seconda del materiale; per esempio il platino si riscalda più dell'argento, a causa della maggiore resistività.

L'effetto Joule è appunto il fenomeno per cui, in un generico elemento di un circuito attraversato da corrente, abbiamo una differenza di potenziale; questa differenza di potenziale genera una potenza elettrica che viene trasformata in calore. A causa di questa trasformazione si ha una perdita di energia nel trasporto dell'elettricità e quindi si ha un abbattimento del rendimento nelle macchine elettriche. Questo fenomeno è stato ampiamente sfruttato per molti dispositivi, come la lampada ad incandescenza, il fusibile, lo scaldabagno elettrico etc.

Meccanica: il pendolo di Focault

Quello che vediamo nel video è un pendolo di Foucault,esperimento per dimostrare la rotazione della Terra attraverso la forza di Coriolis. Abbiamo un pendolo sospeso su di una piattaforma rotante. Quando il pendolo oscilla, la piattaforma ruota ed il piano di oscillazione rimane invariato.
Ma un osservatore solidale con la piattaforma vede il piano del pendolo ruotare.

Il piano di oscillazione del pendolo ruota lentamente, tranne lungo l'equatore, in maniera dipendente dalla latitudine a cui si trova. Ai poli, la rotazione avviene in un giorno. Il fenomeno è una conseguenza della legge del moto di Newton. La rotazione avviene in senso orario nell'emisfero boreale e in senso antiorario nell'emisfero australe.

Ottica: lo spettroscopio a quattro prismi

Lo spettroscopio è uno strumento per l'osservazione e l'analisi della radiazione elettromagnetica emessa da una sorgente. Può essere a prisma, se utilizza un prisma ottico, come in questo caso, o a reticolo, se si usa un reticolo di diffrazione. Lo spettroscopio è costituito da un collimatore, un cannocchiale, un piattino, una piattaforma e due noni, scale graduate per valutare le frazioni dell'unità di misura. Il collimatore è un tubo metallico fisso, al cui interno si trova un sistema di lenti convergenti, che termina da un lato con una fessura di larghezza regolabile. L'altro lato si affaccia sul piattino il prisma. In questo caso particolare abbiamo un sistema di quattro prismi, che possono essere mossi per ricavare anche tutto lo spettro visibile. Anche il piattino è regolabile in inclinazione ed è libero di ruotare. Il cannocchiale ha la stessa composizione del collimatore, ma è libero di ruotare ed ha un oculare per individuare il raggio deviato a causa della rifrazione. Sotto l'asta che sorregge il piattino si trova un goniometro con i due noni.

Lo spettro del sodio, che si osserva nel video, è caratterizzato da una linea gialla "forte"; in realtà si tratta di un doppietto di linee, che viene risolto grazie a questo strumento. Per osservarla si bagna una porzione di asbesto, un composto di minerali e fillosilicati, con una soluzione di cloruro di sodio. Si sistema poi il composto sulla fiamma di un becco a gas; a questo punto si ha la produzione di una luce gialla. La luce della seconda lampada proietta una scala di riferimento sul doppietto.

Il sistema di prismi scompone la luce; si tratta di un effetto dovuto alla rifrazione, cioè la deviazione subita dall'onda elettromagnetica quando passa da un mezzo all'altro, cambiando la sua velocità di propagazione.

Elettrostatica: casa con parafulmine

L'esperimento mostra l'effetto di un fulmine su di una casa munita di parafulmine con messa a terra o senza. Il parafulmine è stato inventato per attrarre e disperdere le cariche elettriche; consiste in un'asta lunga e sottile in metallo, con la punta rivestita di un metallo nobile, ad alta conduttività elettrica, posta sulla sommità dell'edificio da salvaguardare. Da questa deriva un filo metallico che viene collegato a terra: la scarica elettrica viene attirata dalla punta e dispersa a terra mediante il filo. A questo punto, il suolo ed il parafulmine si polarizzano per induzione, in risposta alla carica sulla parte inferiore della nuvola. Il parafulmine quindi, per il potere disperdente delle punte, diminuisce la differenza di potenziale tra la nuvola ed il suolo, rendendo meno probabile la scarica.

Trovate un approfondimento sull'elettrostatica in un precedente articolo.

Termologia: riflessione del calore tramite specchi parabolici

In questo video abbiamo due specchi metallici parabolici; utilizzando la fiamma di una candela si controllano l'allineamento degli specchi e la posizione dei loro fuochi. Nel fuoco del primo specchio viene posizionato un cestello con carboni ardenti, mentre nel fuoco dell'altro specchio si posiziona un'esca, un fungo essiccato particolarmente infiammabile. Tramite il calore radiante emesso dai carboni, riflesso dal primo specchio al secondo, l'esca comincia a bruciare.

Le proprietà della parabola sono note fin dall'antichità; la proprietà ottica di uno specchio parabolico (cioè la sua sezione meridiana parabolica), consente all'onda piana che lo raggiunge di essere riflessa in un unico punto, il suo fuoco. Quindi, i raggi che la compongono seguiranno un percorso di lunghezza uguale, cioè arriveranno al fuoco in fase. Il calore raggiante da una sorgente incandescente è dato dall'irraggiamento di onde nell'infrarosso; per questo motivo i carboni riescono a bruciare l'esca utilizzando gli specchi metallici.

Per altri video visitate il canale youtube della Fondazione.

Conclusioni

Figura 6: Planetario del Museo FirST. Cortesia Fondazione Scienza e Tecnica

Figura 6: Planetario del Museo FirST. Cortesia Fondazione Scienza e Tecnica

Ovviamente, in quest'articolo, abbiamo mostrato solo una piccola parte di tutti gli strumenti che si trovano alla Fondazione Scienza e Tecnica. Oltre alle varie sale, che conservano più di 3000 strumenti d'epoca, ancora funzionanti, la Fondazione gestisce un planetario, di cui abbiamo una foto in figura 6, in collaborazione con il Museo Galileo e l'Osservatorio Astrofisico di Arcetri. Al suo interno vengono svolti incontri su vari argomenti; si spazia dall'osservazione del cielo, alla mitologia, all'astronomia nella storia e nell'arte. Ma non è l'unica attività astronomica a Firenze.

Le attività della Fondazione sono molteplici: ogni due mesi pubblica il Cielo del Mese, con contenuti per l'osservazione amatoriale del cielo e le attività della Fondazione in quel periodo; moltissimi i laboratori didattici per le scuole e, durante il weekend, quelli per le famiglie. Inoltre, sempre nel weekend, è possibile festeggiare compleanni nel museo, associando una divertente attività di laboratorio alla festa vera e propria.

Se visitate Firenze, ricordate che non è stata solo la culla del Rinascimento, ma è stata, ed è ancora, un importante centro scientifico.

Riferimenti:

  • http://www.fstfirenze.it/
  • http://www.museofirst.it/
  • https://www.youtube.com/user/florencefst
  • Le Stanze della Scienza, Fondazione Scienza e Tecnica
 

 

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