1 La sperimentazione con la macchina pneumatica e la comunicazione scientifica
Dall’osservazione alla comunicazione: un resoconto di metodi, difficoltà e ambizioni nella nuova filosofia sperimentale.
Il testo è una raccolta di scritti che ruotano attorno alla conduzione, registrazione e pubblicazione di esperimenti scientifici, in particolare quelli condotti con una macchina pneumatica o “Engine”. L’autore si rivolge a un mecenate o a un collega, giustificando lo stile prolisso e occasionale della trattazione con la necessità di accuratezza storica e la mancanza di tempo per rifinire lo stile. “I have commonly left a conspicuous interval betwixt such Discourses, and the Experiments whereunto they belong” [23]. Lo scopo dichiarato è promuovere la filosofia sperimentale, fornendo dati fedeli affinché altri possano ripetere le prove o trarne nuovi spunti. “The publication of what I had observed touching the nature of the Air, would not be useless to the World” [18]. Viene costantemente ammessa l’imperfezione degli esperimenti e della loro descrizione, attribuita a fretta, mancanza di mezzi e difficoltà tecniche. “The foregoing Trials are not altogether free from such unaccuratenesles” [1415]. Un tema centrale è lo studio delle proprietà dell’aria e dell’atmosfera, considerato di grande importanza per la vita umana. “Any considerable discovery of its Nature, seems likely to prove of moment to Mankind” [183]. L’autore esplora, tra gli altri, gli esperimenti sul vuoto, il peso del mercurio rispetto all’acqua, la respirazione e la propagazione del suono. Il metodo privilegia la registrazione scrupolosa dei fatti osservati, rinviando spesso a matematici o altri ingegni più abili l’interpretazione teorica definitiva. “I was willing to refer the nicer consideration of this matter to some of our Learned and accurate Mathematicians” [495]. La comunicazione scientifica è un altro fulmine tematico: si discute della scelta di pubblicare in inglese anziché in latino, della traduzione pianificata dell’opera, e del desiderio di risparmiare ad altri studiosi fatiche inutili. “I cannot forbear to give the World the Advertisement of this Latine Edition, lest some skilfull Artist should take needless pains” [50]. L’autore spera che il lavoro, nonostante i suoi limiti, apra la strada a scoperte future. “There is a way opened, whereby Sagacious Wits will be assisted to make such farther Discoveries” [1418].
2 La pompa pneumatica e gli esperimenti sul vuoto
Descrizione del funzionamento e degli esperimenti condotti con una macchina per evacuare l’aria.
Il testo descrive nel dettaglio la struttura e il funzionamento di una pompa pneumatica, o “macchina del vuoto”, utilizzata per evacuare l’aria da un recipiente di vetro chiamato “Ricevitore”. La macchina è composta principalmente da un cilindro di ottone, un “pistone” o “Sucker” foderato di cuoio che vi si muove a tenuta stagna, e una valvola. Il movimento del pistone, azionato da una manovella e un sistema a cremagliera, espelle l’aria dal cilindio. Un rubinetto a chiave, o “Stop-cock”, regola il passaggio dell’aria tra il Ricevitore e il cilindro. L’assemblaggio richiede un’accurata cementatura di tutti i giunti con mastice a base di pece, resina e cenere per prevenire infiltrazioni d’aria “perché l’aria esterna potesse insinuarsi” [198]. Il processo di svuotamento avviene in più fasi: si porta il pistone in fondo al cilindro con la valvola chiusa, creando un vuoto parziale; aprendo il rubinetto, l’aria dal Ricevitore “si precipita nel cilindro svuotato” [241]; richiudendo il rubinetto e sollevando il pistone, quest’aria viene espulsa all’esterno. Ripetendo l’operazione, la pressione dell’aria nel Ricevitore diminuisce progressivamente perché le particelle d’aria rimanenti “avendo più spazio per estendersi, premono meno l’una contro l’altra” [242]. La resistenza alla discesa del pistone è dovuta alla pressione dell’atmosfera esterna, che agisce sul pistone quando nel cilindro non c’è aria che possa opporvisi “poiché altrimenti l’aria non sarebbe spinta fuori dal suo posto” [298]. La pressione atmosferica è dimostrata da diversi fenomeni: quando il Ricevitore è quasi vuoto, è difficile sollevare la chiave del rubinetto perché la pressione esterna supera quella interna rarefatta [287]; un peso appeso al pistone in un cilindro evacuato viene sollevato dalla pressione dell’aria esterna [897][899]; una valvola applicata al rubinetto viene tenuta chiusa con forza dall’aria che preme per entrare, sostenendo un peso significativo [878][880]. La macchina viene utilizzata per esperimenti. Si testa la trasmissione della pressione attraverso un fluido in un sistema a sifone di mercurio [462]. Si esamina l’espansione dell’aria in una campana di vetro o in un’alambicco [359] e in una piccola ampolla immersa in acqua [748]. Si osserva l’implosione violenta di recipienti per la pressione esterna non bilanciata [369]. Si tenta, senza successo, di generare suono o movimento in un recipiente evacuato con un mantice e un tubo musicale, per verificare la presenza di un “materia più sottile dell’aria” [798]. Vengono discussi concetti come la “molla dell’aria” (la sua elasticità), l’equilibrio delle pressioni e l’avversione della natura al vuoto, notando che gli esperimenti mostrano come il vuoto non resista alla pressione e che l’aria si espanda dove trova meno resistenza [913][933].
3 Natura e proprietà dell’aria
Sull’elasticità, la pressione e la resistenza al vuoto.
Il testo esamina la struttura e il comportamento dell’aria atmosferica, con particolare attenzione alla sua natura elastica. L’ipotesi principale è che l’aria consista di corpuscoli dotati di una struttura a molla o, in alternativa, che la sua elasticità derivi dall’agitazione veemente di un etere celeste che li circonda “the Air is nothing but a Congeries or heap of small and … flexible Particles” [255]. Questa elasticità spiega la sua capacità di compressione ed espansione: i corpuscoli, compressi dal peso dell’atmosfera sovrastante, “do endeavour … to free themselves from that pressure” [248] e si dilatano quando la pressione esterna viene rimossa. Il peso dell’aria stessa è un fattore cruciale, poiché la colonna d’aria sovrastante comprime fortemente gli strati inferiori “the Corpuscles that compose it , are very much compress’d by the weight” [271]. Questo modello meccanico viene utilizzato per spiegare fenomeni come la resistenza al vuoto, che non è attribuita a un’ipotetica avversione della natura, ma alla pressione dell’aria circostante “the supposed Aversation of Nature to a Vacuum is but accidental … of the spring of the Air” [924]. La pressione atmosferica, dimostrata come una forza limitata e misurabile, è quindi responsabile di molti effetti precedentemente attribuiti all’horror vacui “the power … to shun or replenish a Vacuum , is limitted” [941]. Viene inoltre discusso il rapporto tra aria e altri fluidi, come l’acqua, e la possibilità che particelle d’acqua possano essere agitate o connesse in modo da acquisire una natura elastica simile a quella dell’aria “the minute parts of Water … may not be so agitated or connected as to deserve the name of Air” [692]. Il testo affronta anche obiezioni, come la apparente facilità con cui l’aria cede al movimento di corpi leggeri, argomentando che ciò non inficia il modello della sua compressibilità.
4 Il ruolo dell’aria nella combustione e nella respirazione
Esperimenti con una macchina pneumatica in condizioni di vuoto parziale.
I test esaminano gli effetti della rarefazione dell’aria, ottenuta tramite una pompa, su diversi fenomeni. La fiamma di una candela o di una miccia si estingue rapidamente quando l’aria viene rimossa dal ricevitore, spesso in pochi minuti o meno. “Upon the first exsuction of the Air … the Fire in the Coals began to grow very dim” [402] e “the Flame went out in about a minute of an hour” [396]. Il ripristino dell’aria permette talvolta alla combustione di riaccendersi. Il fumo generato si comporta in modo diverso nel vuoto, a volte formando un flusso simile a un liquido invece di disperdersi. Anche la vita animale è compromessa: uccelli e un topo, posti nel ricevitore durante l’aspirazione, cadono in convulsioni e muoiono nel giro di pochi minuti. “Within half a minute of an hour … the Bird would be surpris’d by mortal Convulsions” [1297]. Insetti come api e mosche vengono paralizzati, ma possono riprendersi se l’aria rientra attraverso piccole perdite. Un esperimento con una pistola mostra che l’accensione della polvere da sparo è possibile nel vuoto, mentre la produzione di scintille per sfregamento tra acciaio e pietra focaia non avviene. Un pendolo continua a oscillare per un tempo simile sia in aria che nel vuoto, indicando che la resistenza del mezzo in questo caso non altera sensibilmente la durata del moto. Viene anche descritto un liquido fumante che emette vapori bianchi solo quando esposto all’aria esterna.
5 L’equilibrio tra pressione atmosferica e colonne di liquido negli esperimenti sul vuoto
Sperimentazioni con mercurio, acqua e aria in tubi sotto campane pneumatiche.
Il testo tratta esperimenti per investigare la relazione tra la pressione dell’aria atmosferica e l’altezza delle colonne di liquido in tubi, in particolare riproducendo e analizzando l’esperimento di Torricelli. Si descrive come il mercurio in un tubo invertito si stabilizzi a un’altezza specifica, creando uno spazio apparentemente vuoto sopra di esso, a causa di un equilibrio tra il peso della colonna di mercurio e la pressione dell’aria esterna “perché non può premere il mercurio sottostante con una forza così grande, come fa il cilindro incidente dell’Aria” [299]. Viene confermato che alterando la pressione dell’aria in un recipiente chiuso (un “ricevitore”) tramite una pompa, l’altezza del mercurio nel tubo cambia proporzionalmente: l’aria rarefatta lo fa scendere, mentre l’aria compressa lo spinge sopra l’altezza consueta “impell up the Quick - silver in the Tube , above the wonted height” [553]. L’esperimento viene esteso all’acqua, richiedendo tubi molto più lunghi (circa trentadue piedi) a causa del suo peso specifico inferiore “una colonna di quel liquido più leggero… essendo necessaria per eguagliare il peso di un cilindro mercuriale” [558]. In tubi più corti sotto campana pneumatica, l’acqua scende quando l’aria viene rimossa. Un tema secondario è l’interferenza causata dalle bolle d’aria, che spesso rimangono intrappolate nel liquido o aderiscono alle pareti del tubo, espandendosi quando la pressione esterna diminuisce e alterando i risultati “una moltitudine di piccole bolle lungo l’interno del tubo” [514]. Viene anche menzionato l’effetto dell’altitudine, citando l’esperimento di Pascal su una montagna, dove il mercurio scendeva più in basso in cima a causa della minore pressione atmosferica “il Mercurio nel tubo cadeva più in basso, circa tre pollici, in cima alla montagna che in fondo” [278]. Il testo discute inoltre brevemente esperimenti collaterali sul suono e sul magnetismo nel vuoto parziale, e sull’adesione di superfici lisce per differenza di pressione dell’aria.
6 Esperimenti con il vuoto e il comportamento di fluidi e aria in recipienti sigillati
Descrizione di una serie di prove sperimentali condotte con una pompa pneumatica, recipienti di vetro e diversi fluidi.
Gli esperimenti descritti utilizzano una pompa per estrarre aria da un “Receiver” (recipiente pneumatico), osservando gli effetti su vari apparati in vetro al suo interno. Si impiegano diversi tipi di recipienti: “Viol” (ampolle), “Philosophical Eggs” (uova filosofiche), tubi e sifoni, spesso riempiti d’acqua, olio, olio di vetriolo o mercurio. Un procedimento comune prevede il riempimento completo di un recipiente con liquido, l’esclusione dell’aria e il suo posizionamento nel Receiver. All’estrazione dell’aria ambiente, si osservano fenomeni come l’espansione di bolle d’aria intrappolate, l’espansione del liquido stesso, la formazione di nuove bolle, l’interruzione o ripresa del flusso nei sifoni e la rottura di vetri sottili. Un esperimento mostra una violenta rottura di un Viol durante la prima estrazione “there slew out of the Viol a piece of Glass half as broad as the Palm of a Mans Hand” [364]. Le bolle si formano e si espandono sia dall’aria già presente “the Air manifestly appear’d extended below the surface of the subjacent Water” [341] sia da reazioni chimiche, come tra olio di vetriolo e chiodi di ferro “Bubbles produc’d by the action of the Menstruum upon the Metal” [686]. Si studia anche il comportamento di sifoni in condizioni di vuoto, dove il flusso può interrompersi “the Water continued to drop out of the propending Leg of the Siphon” [981] o “the course of the Water in the Siphon was interrupted” [979], a volte a causa di una bolla d’aria in un passaggio stretto. Altri temi includono il confronto tra acqua comune e distillata “there appeared not the least intumescence of the Water” [701], l’uso del mercurio al posto dell’acqua “we filfd with Quick -silver” [460], e lo studio della galleggiabilità relativa di ampolle contenenti aria a diversa pressione “the heavier of the two Viols began to come aloft, and immediately to subside again” [754]. La cura nell’escludere l’aria durante la preparazione è un requisito frequente “the Air might be exquisitely excluded” [684].
7 Sull’osservazione sperimentale di fluidi e vapori in condizioni di rarefazione e pressione alterata
Resoconti di esperimenti pneumatichi e sugli stati della materia
I testi descrivono una serie di esperimenti condotti con una pompa a vuoto o “engine” per evacuare l’aria da un ricevitore. Si osservano i comportamenti di vari liquidi—come acqua, olio, spirito di vino, olio di trementina, soluzione di tartaro e spirito di urina—sottoposti a questa rarefazione. Un fenomeno centrale è la produzione e l’ascensione di bolle d’aria che si formano copiosamente nei liquidi, specialmente nell’olio e nello spirito di vino, quando la pressione esterna viene ridotta “the bubbles began to disclose themselves in the Water” [747]. Si studiano le caratteristiche di queste bolle: la loro velocità, il moto rettilineo o ondulatorio, e il fatto che spesso non formino protuberanze ma rimangano sotto la superficie del liquido “did not make protuberant bubbles” [593]. Si misura l’espansione dei liquidi stessi, in particolare dello spirito di vino che mantiene l’espansione acquisita anche dopo il ripristino della pressione atmosferica “retain’d its newly acquired expansion” [740]. Si esaminano anche miscele, come quella di spirito di vino e acqua, e si prova a far salire l’acqua in tubi sottili sotto vuoto. Un secondo tema riguarda il comportamento di vapori e “esalazioni” all’interno del ricevitore. Si osservano fumi che formano un corpo distinto con una superficie liscia e orizzontale, che può essere increspata dal movimento o fatta ascendere localmente dal calore di un ferro rovente “would readily ascend in a large Pillar of smoak” [839]. Si ipotizza che questi vapori, una volta sollevati, possano essere sostenuti e trasportati dall’aria stessa a causa della sua fluidità e della minore densità degli strati superiori “have their ascent and sustentation aloft, rather promoted than hindred by the Air” [818]. Viene menzionata la capacità di sostanze sottili, come un “saline Substance”, di trascinare con sé in forma di esalazioni anche corpi solidi e pesanti come l’oro “carried up with it… the solid and ponderous Body even of uncalcin’d Gold” [643]. Si accenna ad esperimenti collaterali: l’effetto del freddo (neve e sale) nel far scoppiare le uova per l’espansione del ghiaccio “made Eggs burst” [724]; la distillazione forzata che porta vapori a penetrare il vetro di un ricevitore “had penetrated the substance… of the Glass” [1015]; l’adesione di lastre di marmo levigate; la soluzione di metalli in acidi; e un sistema per rinnovare l’aria in uno spazio chiuso usando un liquido che restituisce “parti vitali” “restore to the troubled Air such a proportion of Vital parts” [1309]. L’atmosfera è occasionalmente considerata un particolare tipo di fluido leggero “a peculiar kind of thin and halitious Liquor” [842].
8 Esperimenti sulla natura dell’aria
Indagini sperimentali sulla pressione, il peso e le proprietà elastiche dell’aria.
Il testo descrive una serie di esperimenti condotti con una pompa pneumatica (Receiver) e altri strumenti per investigare le proprietà fisiche dell’aria. Gli esperimenti dimostrano che l’aria possiede un peso misurabile, come evidenziato dal fatto che “possiamo pesare l’Aria, come pesiamo altri Corpi, nella sua consistenza naturale o ordinaria” [1011]. Viene stabilita una proporzione di gravità tra acqua e aria di circa “mille a uno” [1068]. Un tema centrale è la forza elastica o “Spring” dell’aria, dimostrata attraverso l’espansione e la contrazione di vesciche (Bladder) poste in recipienti evacuati: quando l’aria ambiente viene rimossa, “l’Aria imprigionata cominciò a gonfiarsi nella Vescica” [309] e può addirittura romperla con forza [317]. Viene esaminata anche la differenza tra vapore acqueo e aria vera, concludendo che il vapore “non è realmente cambiato in Aria” ma solo diviso in minute parti che si ricondensano [626]. Gli esperimenti utilizzano vari strumenti come bilance sensibili, boccette di vetro sigillate (hermetically seal’d Bubbles) e bollitori di rame (Æolipile) per misurare con precisione il peso dell’aria espulsa dal calore [1036, 1037]. Vengono notate difficoltà pratiche, come la tenuta delle vesciche secche [320] o l’impossibilità di ottenere un vuoto perfetto [1009]. Un tema secondario riguarda la propagazione del suono attraverso l’aria in un recipiente chiuso [782, 786].
9 La sperimentazione pneumatica e gli effetti della pressione atmosferica
Osservazioni empiriche su fluidi, vapori e luce in condizioni di aria rarefatta.
I testi descrivono esperimenti condotti con recipienti da cui l’aria viene estratta mediante una pompa. Si osserva che la rimozione della pressione atmosferica provoca l’effervescenza dei liquidi, come quando l’aceto distillato reagisce con il corallo “fece apparire bianco l’intero corpo del Menstruo; e poco dopo una Schiuma, grande quanto tutto il resto del Liquore, fu vista galleggiarvi sopra” [1378]. L’ebollizione può essere avviata e interrotta ripetutamente alternando l’estrazione e la reimmissione dell’aria “subito al cui ingresso la Schiuma svanì” [1379]. Viene indagata la generazione di aria o vapori da liquidi corrosivi “che in generale l’Aria può essere generata ex novo” [690]. Si studiano gli effetti su animali, sospettando che la morte possa essere causata dalla “rimozione improvvisa della consueta pressione dell’aria ambiente” [1257]. Un tema secondario è lo studio della luce e del colore: l’aria rarefatta a volte appare bianca, fenomeno attribuito all’interruzione della sua diafania da parte di corpuscoli in movimento “durante il loro moto nuovo e veemente e la loro varia situazione, di disturbare la consueta continuità, e così la Diafanità dell’Aria” [1137]. Questo biancore scompare istantaneamente con la reimmissione dell’aria “quella bianchezza sarebbe immediatamente scomparsa” [1141]. Si osserva anche un bagliore improvviso (“slalh”) nel ricevitore durante il pompaggio, che si verifica solo in presenza di luce esterna “non procedesse da una nuova Luce ivi generata, ma da alcune riflessioni della luce del Sole” [1108]. Vengono notate variazioni nella pressione atmosferica con un barometro a mercurio, che non sempre corrispondono alle condizioni meteorologiche “talvolta osservai in tempo molto freddo… abbassarsi molto più che in altri tempi” [530]. Si menzionano tentativi falliti di accendere materiali combustibili nel vuoto con una lente ustoria a causa dello spessore del vetro [446].
10 La respirazione e la natura dell’aria negli esperimenti del XVII secolo
Un’indagine sperimentale sulle funzioni dell’aria per la vita animale.
Il testo esamina la natura e le funzioni della respirazione attraverso osservazioni e esperimenti. La discussione principale verte sull’uso dell’aria, se sia principalmente per raffreddare il cuore e il sangue o per depurare il sangue durante il suo passaggio attraverso i polmoni, “Ventilation not of the Heart, but of the Blood” [1275]. Viene considerata l’ipotesi che l’aria sia necessaria per ricevere e portare via gli “Excrementitious Steams” del sangue [1277]. Gli esperimenti con una macchina per il vuoto dimostrano che gli animali muoiono rapidamente in assenza d’aria, anche se lo spazio circostante è libero di ricevere vapori, suggerendo che “there is a certain consistence of Air requisite to Respiration” [1280]. Un’aria troppo rarefatta, come in alta montagna, può essere inadatta, come riportato da Acosta riguardo alle Ande, dove l’aria era “so suhtle and delicate, as it is not proportionable with the breathing of Man” [1287]. Vengono discussi anche altri ruoli possibili, come la generazione degli spiriti vitali, sebbene sia difficile conciliare questa idea con le osservazioni anatomiche [1272]. Gli esperimenti includono osservazioni su diverse creature: un cucciolo estratto dal grembo materno che, dopo un primo respiro, sopravvive molto più a lungo dei fratelli che non hanno respirato [1326]; un’anguilla che sembra morire nel vuoto ma si riprende quando l’aria viene reintrodotta [1334]; e la questione se i pesci respirino, considerando le branchie analoghe ai polmoni [1329]. Viene esaminato il meccanismo fisico della respirazione, incluso il ruolo del diaframma e del torace, e come il vuoto dimostri che la dilatazione del torace sia sufficiente per l’ispirazione senza una spinta attiva dell’aria [1240]. Vengono confutate obiezioni, come l’idea che la morte negli esperimenti sia causata dalla pressione dell’aria interna nel petto piuttosto che dalla sua mancanza [1249]. Il testo conclude che, sebbene il raffreddamento possa essere un uso occasionale, “the depuration of the Blood… is not only one of the ordinary, but one of the principal uses of Respiration” [1372].
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