Le caraffine di Magiotti

In questo articolo presentiamo l'esperimento detto “Diavoletto di Cartesio”, ovvero una caraffina che sale e scende in una bottiglia d'acqua. Lo inquadriamo nella storia della scienza con una particolare attenzione alla didattica.
La paternità dell'esperimento è di don Raffaello Magiotti, che lo presentò nel suo trattato Renitenza certissima dell’acqua alla compressione del 1648.

Questa [caraffina], chiudendosi il cilindro AB con il dito grosso, ò polpa della mano, scenderà più, ò meno veloce, secondo la maggiore, ò minor compressione, che fa la mano in chiudere il Cilindro, e quanto più s’allenterà la compressione, ò s’aprirà il Cilindro, tanto più presto tornerà a galleggiare. Ciò avviene (dato per il primo caso ch’il cilindro sia pieno) perché l’acqua, che non ammette compressione...

Ampi stralci del trattato sono riportati qui [link]. Il testo completo digitalizzato è disponibile sul sito del Museo Galileo di Firenze.

 

Raffaello Magiotti faceva parte della “scuola di Galileo”: aveva studiato geometria con Galileo durante il seminario, ed era stato allievo di fra Benedetto Castelli. Con Castelli e Torricelli formò poi a Roma il cosiddetto “triumvirato galileiano”, tre valenti studiosi che difendevano le teorie del maestro.

Già dalla dedica sopracitata possiamo capire lo spirito, l'indole di Raffaello Magiotti. A torto – dice – si sono lamentati alcuni, per esser nati troppo tardi, quando i segreti dell'universo son tutti scoperti. Perché non finisce la cava delle invenzioni e delle opere stupende della natura. Anzi, tanto più son belle, e meravigliose quelle, che restano alla posterità...

Il testo risuona di entusiasmo, di curiosità, di gioia per le scoperte. Non è uno seduto in poltrona sul suo sapere, il Magiotti. Va in giro, parla, presenta, discute. Dicono di lui “II Magiotti sempre studia, sempre ragiona di studii e sempre medita di studii. La sua piacevole conversatione a me diletta grandemente”.

Nel suo trattato, Magiotti espone una teoria sull'incomprimibilità dell'acqua, organizzando sapientemente assiomi, osservazioni, deduzioni, e la descrizione di diversi esperimenti e giochi con coccodrilli e lumachine galleggianti.

In classe, l'incomprimibilità dell'acqua si può illustrare anche con delle siringhe: piene d'aria si possono comprimere, piene d'acqua no.

La sequenza di esperimenti è visibile nel video seguente (qui il pdf con le istruzioni degli esperimenti mostrati). Come “caraffine” si possono usare flaconcini di vetro, boccettine di campioni di profumo, contagocce... o acquistare direttamente sul nostro sito il Mini-kit Diavoletto di Cartesio per l'uso singolo o il KIT con i materiali per tutta la classe.

 

Desaguiliers è presentato come la connessione francese, ma pare non sia lui a chiamare l'esperimento Cartesian diver (tuffatore di Cartesio). Certo Desaguiliers si occupa dei tuffi, e infatti propone campane d'aria sottomarine, in cui si può respirare sott'acqua, che richiamano il nostro esperimento. Poi da Cartesian diver a Cartesian devil, e da lì l'italiano Diavoletto di Cartesio. Ma perché questo esperimento si sia legato al nome di Cartesio è una domanda tuttora aperta e intrigante.

Un motivo potrebbe essere che incorpora un'idea molto cartesiana, la trasmissione del moto per contatto, e i vortici. Per Cartesio non esiste azione a distanza, le forze si trasmettono per contatto. E il diavoletto, che comincia a muoversi dovunque si prema sulla bottiglia, e dovunque si trovi nel cilindro (come notava Magiotti), è un'illustrazione di ciò.

Nella sua lettera, Magiotti conclude parlando dell'anima, di come essa permea tutto il corpo e vi si trasmettano istantaneamente le pressioni o impressioni, di come in essa gli equilibri siano delicatissimi, di come le idee salgano e scendano... insomma fa diverse analogie poetiche e argute. Chissà, forse la connessione tra la caraffina e il filosofo del cogito si può trovare qui.

A questo proposito, mi piace citare i diavoletti di Cartesio costruiti dal professor Gabriele Calzà – eravamo colleghi durante il dottorato a Trento.

Gabriele usava bottiglie di grappa molto eleganti, e piccole lampadine in luogo delle caraffine. Riusciva a far stare le lampadine in equilibrio (instabile) premendo il tappo, finché lentamente, vuoi per l'allentarsi del tappo o per i cambi di temperatura, lentamente le lampadine-idee salivano in superficie muovendosi da sole.

Oggetti diversi si possono usare come Diavoletto di Cartesio. Negli Stati Uniti va per la maggiore la bustina di ketchup, per esempio. Mentre Martin Gardner, il noto saggista poliedrico di matematica, scienza e filosofia, nel suo Science Magic andava particolarmente fiero dei suoi Fiammiferi di Cartesio, che salgono e scendono a testa in giù (l'acqua entra nelle fibre del legno, spinta dalla pressione).

Il diavoletto di Cartesio è molto amato da bambini e ragazzi, come è testimoniato dalla sua presenza nei libri di “Ricreazioni scientifiche” attraverso i secoli. Questo fatto dà garanzia di successo, allora come oggi, nelle attività in classe incentrate su di esso.

L'insegnante Richard Frazier ci ha lavorato molto, proponendolo per anni ai suoi studenti, ascoltando le teorie sul funzionamento da loro proposte, come pure gli esperimenti da loro congegnati, raccogliendoli nel suo A Philosophical Toy, “un giocattolo filosofico”.

Ai suggerimenti di Richard Frazier si fa riferimento anche nelle schede didattiche in pdf, per la scuola primaria e secondaria di 1° grado.

L'innaffiatore di Feynman

Un altro ricordo personale è legato al diavoletto di Cartesio. Nel 2006, durante il dottorato, ero in Giappone per la conferenza ICPE (commissione internazionale sulla physics education) con il dott. Fabrizio Logiurato, collega e amico.

Ascoltammo una relazione di un'insegnante che ci piacque molto (fece esperimenti di Galileo con materiali semplici) e andammo a complimentarci. Si chiamava Hiromi O'Hara, facemmo amicizia e  le chiedemmo se sarebbe venuta anche il giorno successivo, ma era a scuola (in Giappone, in agosto, gli insegnanti sono a scuola). Le chiedemmo allora se potevamo andare a trovarla noi, nella sua scuola, e lei rimase molto colpita “potete andare a vedere qualsiasi cosa in Giappone, e volete venire a vedere la mia scuola”. Ma certo! E così visitammo la sua junior high school, scuola media.

C'erano scivoli in ogni classe per uscire rapidamente dalla scuola in caso di allarme terremoto, gli orari con i turni per le pulizie fatte dagli studenti, la sala professori con una piccola scrivania per ogni docente, le foto del gruppo di studenti che costruivano canoe, e un'intera palazzina con i laboratori.

Nel laboratorio di scienze passammo alcune ore a scambiarci esperimenti, quando a un certo punto ci mostrò un diavoletto di Cartesio fatto con le cannucce, che ruotava su sé stesso. Bellissimo! Io e Fabrizio ci guardammo, ci si era accesa contemporaneamente la lampadina: “è un Feynman Sprinkler!”.

E così le raccontammo, del giovane Feynman a Princeton, e dell'esperimento dell'innaffiatore da giardino con cui si fece bandire dal laboratori. E lei ringraziò, era un modo nuovo di vedere il suo esperimento.

Il racconto si trova in Sta scherzando Mr. Feynman del 1985, (riproposto qui) ma già dagli anni 60 si parlava dell'esperimento come dell'Innaffiatore di Feynman. Il grande fisico non voleva, come disse al direttore di The Physics Teacher, ma se sei un grande fisico molto amato, alla fine tutti chiamano quest'esperimento the Feynman Sprinkler.

L'insegnante Hiromi O'Hara ci aveva mostrato una “reinvenzione” di questo esperimento in piccolo, con cannucce e una bottiglia, anziché grandi damigiane e tubi di rame. Fu davvero un bella mattina, a scambiarsi esperimenti con materiali semplici e racconti dalla storia della scienza.

“Ma cosa dicono i genitori? Sono contenti, con un'insegnante così?” “Ah! Dicono che do troppi compiti!”