Esse, anzi tutto, smentivano il fondamentale principio aristotelico, in cui s’era creduto per duemila anni, che i corpi cadano con una velocità proporzionale al loro peso (§§ 8 A; 9 D), e sostituivano a questo il nuovo principio che tutti i corpi cadono con la stessa velocità qualunque sia il loro peso.[75] Quindi insegnavano: 1) che i corpi tendono a conservare il moto ricevuto, e non possono modificarlo, nè in grandezza nè in direzione, senza l’azione di una causa esterna; 2) che il moto circolare cambia continuamente direzione, ed è quindi dovuto all’azione continua di cause esterne; 3) che, se un corpo cadesse nel vuoto, si muoverebbe di moto naturalmente accelerato; 4) che la velocità di caduta è uguale per tutti i corpi, qualunque sia il loro peso; 5) che la velocità di caduta è direttamente proporzionale al tempo impegnato nel cadere. Queste leggi ebbero, come abbiamo veduto (§ 28 C), una grande influenza sulla astronomia da Newton in poi.
Il Galilei scoperse le leggi del pendolo, che sono poi un caso speciale del moto dei gravi. La principale è quella dell’isocronismo (le oscillazioni di un pendolo avvengono tutte nel medesimo tempo, quali che siano la natura e il peso dell’oggetto che oscilla). Un’altra è questa: la durata di un’oscillazione del pendolo diviene due o tre volte maggiore, quando la lunghezza del pendolo diventa, rispettivamente, quattro e nove volte maggiore, ossia: la durata dell’oscillazione del pendolo cresce con la radice quadrata della sua lunghezza. Con queste leggi il Galilei gettava le fondamenta della dinamica, come il greco Archimede aveva fondato la statica.
Passando dalla meccanica alla termica (il capitolo della fisica che si occupa del calore), il Galilei fu probabilmente l’inventore, fin dal 1603, del termometro ad aria. Le sue scoperte nel campo dell’ottica sono notissime. Egli inventò e costruì quel telescopio, che tanti servizi doveva rendergli nei cieli. Ma meno noto è il fatto ch’egli inventò e fabbricò un «telescopio per vedere gli oggetti molto vicini», ossia che fu l’inventore del microscopio (1614), e ch’egli, ben presentendo che la luce non si comunica istantaneamente dagli oggetti luminosi all’occhio umano, tentò — per il primo, sia pure invano — determinarne la velocità. I resultati degli studi del Galilei sui gas e sui liquidi sono ancor oggi vitali in fisica. Egli dimostrò, sperimentalmente, col mezzo della bilancia, che l’aria è pesante, mentre il sommo Tolomeo aveva, contro Aristotele, sostenuto l’opposto. Dimostrò egualmente, in via sperimentale, il diverso peso dei liquidi, e inventò la bilancetta, per determinare il peso specifico dei corpi.
In acustica, tentò la misurazione della velocità di propagazione del suono.
Finalmente, il Galilei si occupò anche del magnetismo della calamita, e ne costrusse di sì potenti, da sostenere pesi 26 volte maggiori del proprio.
Tutta la fisica del sec. XVII può dirsi dipenda dal Galilei e non faccia che continuarne l’opera. Per altro, egli lasciava dietro di sè numerosi discepoli, una scuola di fisica sperimentale, e l’amore vivo, in Italia e fuori, per quest’ordine di ricerche. Così da noi, in Toscana, a Firenze, si fonderà, con intendimenti scientifici, l’Accademia del Cimento (1657); in Inghilterra, la Royal Society (1663); in Francia, per iniziativa del grande ministro di Luigi XIV, il Colbert, l’Académie des Sciences (1666). Nelle pagine che seguono riassumiamo i principali resultati della scienza del tempo nei varii dominii della fisica:
1. Termica. — I dotti dell’Accademia del Cimento perfezionarono il termometro, sì da sostituire, al termometro ad aria, il termometro ad alcool. I termometri fiorentini si diffusero per il mondo, e nel 1659 venne in Francia costruito il primo termometro a mercurio. Ciò che mancava era solo l’accordo sulla temperatura di partenza, da cui sarebbe occorso cominciare la graduazione. Inoltre gli Accademici del Cimento stabilirono che la dilatazione, prodotta dal calore, nei solidi, è minore di quella prodotta nei liquidi; notarono il così detto salto d’immersione, che, cioè, immergendo un termometro in acqua calda (o fredda), il livello del liquido a tutta prima si abbassa (o innalza) per la dilatazione (o il restringimento) del vaso che lo contiene; notarono che l’acqua, congelandosi, aumenta di volume nel rapporto di 8 a 9 (esattamente, sappiamo oggi, di 8,3 a 9); fissarono la diversa capacità termica dei corpi, ecc. ecc.
2. Meccanica. — Evangelista Torricelli (1608-47), il discepolo preferito del Galilei, partendo dal principio che anche i gas sono pesanti, inventava il barometro, ossia il noto strumento, capace di registrare la pressione atmosferica. Al termometro e al barometro presto si aggiunsero l’igrometro (misuratore dell’umidità dell’aria) e il pluviometro; onde si poterono istituire regolari e precise osservazioni metereologiche.
La camera barometrica dette mezzo di fare numerose esperienze sul vuoto. Interessanti furono gli studî sui fenomeni di capillarità, fin allora a torto creduti effetti di pressione atmosferica, e fu così ritrovata la legge che l’elevazione dei liquidi nei tubi capillari è in ragione inversa al diametro di detti tubi (legge del Jurin).
Ma dal barometro era facile passare alla costruzione della macchina pneumatica. Chi vi pervenne fu uno dei più felici scienziati sperimentatori, Ottone di Guericke di Magdeburgo (1602-86), l’autore della esperienza notissima del crepavescica e dell’altra più famosa degli «emisferi di Magdeburgo», aventi per iscopo di provare la forza della pressione atmosferica.[76] Poco dopo (o contemporaneamente?) vi perveniva l’inglese Roberto Boyle (1627-71). Fu allora sperimentalmente dimostrato l’errore della secolare teoria aristotelica che «la natura ha orrore del vuoto», che, cioè, il vuoto, in natura, è impossibile. Ma (ciò che fu più importante) queste esperienze sul vuoto accrebbero di parecchio le cognizioni del secolo sugli altri fenomeni fisici. Fu trovato che il suono non si propaga nel vuoto; che, per contro, le attrazioni, magnetiche ed elettriche, vi si trasmettono; che, il barometro discende man mano che si rarefà l’aria, nella quale esso è immerso; che l’acqua bolle tanto più rapidamente quanto più rarefatta è l’aria, in cui è immerso il recipiente che la contiene, ecc. ecc.