Introduzione di procedure operative

«Con queste definizioni si compie il primo passaggio da concetti intuitivi a concetti operativi, tipico della fisica. [...]
L'introduzione di procedure operative per la misura di spazio, tempo e di tutte le altre grandezze fisiche consente il passaggio da una percezione "soggettiva" della realtà ad una visione "intersoggettiva". La percezione soggettiva costituisce il primo canale attraverso cui le informazioni sul mondo esterno entrano nella coscienza di ciascun osservatore, attraverso i propri sensi (vista, udito, tatto, ecc.). Il modo di elaborare tale informazioni da parte del cervello è sicuramente unico per ogni osservatore. [...]
Sulle basi della sola percezione soggettiva non si può sviluppare alcuna scienza fisica, in quanto mancano i presupposti per la comunicazione di informazioni "quantitative" tra più osservatori. La visione intersoggettiva si realizza fornendo delle regole per lo scambio di informazione tra gli osservatori. Una prima regola operativa è quella di far corrispondere ad ogni elemento di un processo fisico un numero e di usare la matematica per stabilire relazioni utili tra i numeri che entrano in una certa classe di processi. In questo modo nascono le "grandezze fisiche" come elementi propri del linguaggio scientifico. Alle grandezze fisiche si dà una definizione operativa, indipendentemente dalle valutazioni filosofiche che possono essere più o meno rilevanti, più o meno assodate.»
(Franco Dalfovo, Alcune considerazioni storiche e metodologiche sulla fisica)

Il libro di testo della scuola media che è stato preso in considerazione non sembra preoccuparsi molto di definire operativamente calore e temperatura, cosa che, a mio parere, renderebbe molto più semplice la comprensione per gli alunni. La mia, seppur breve, esperienza di insegnamento si è svolta tutta nella scuola media e ho l'impressione che, almeno per i ragazzini di 11 - 13 anni, sia molto più chiaro e utile sentirsi dire che la massa è quella cosa che si misura con la bilancia a due bracci piuttosto che definizioni vaghe e inutili come "la quantità di materia da cui un corpo è costituito" (definizione che, nel testo in questione, viene data in un capitolo successivo, dopo aver definito materia "tutto quello che occupa spazio, ha un peso e viene percepito dai nostri sensi"!). Analogamente, si risolverebbero dubbi e perplessità dicendo che la temperatura è quella cosa che si misura con il termometro. Tra l'altro, a questa età, gli studenti sanno già tutti leggere il termometro (anzi, da esso si prende spesso spunto come strumento noto ai ragazzi per introdurre i numeri interi) e quindi si potrebbe dedicare tempo (per esempio) ad approfondire come si costruisce un termometro (magari costruendone uno in classe), quale liquido è utile usare all'interno del termometro e per quali scopi o quali diverse scale termometriche esistono (cogliendo così l'occasione per riflettere sul valore convenzionale delle unità di misura). Non che il testo considerato non esamini tutte queste cose, ma lo fa in una delle schede di approfondimento, come se chiarire come operare per misurare la temperatura fosse un "di più", non necessario alla comprensione dell'argomento.
Non c'è il minimo cenno, invece, nemmeno nelle schede di approfondimento, ad una definizione operativa del calore.

Il testo per i licei scientifici considerato, invece, fornisce una definizione operativa sia per la temperatura che per il calore, anche se, a mio parere, con alcune mancanze.
Per quanto riguarda la temperatura, sebbene il testo sottolinei come le reazioni fisiologiche delle cellule nervose conseguenti alla percezione del caldo e del freddo "sono relative, piuttosto soggettive e qualche volta erronee", mette in luce solo pochi fenomeni che confermano questa affermazione. Credo che sarebbe utile invece sottolinearne anche altri (ad esempio: anche se un corpo metallico ed un corpo di legno sono nello stesso ambiente e si trovano in equilibrio termico, nel toccarli riceviamo da essi sensazioni diverse; o se mi bagno con dell'acqua e dell'alcool alla medesima temperatura ricevo ancora due sensazioni diverse).  L'insistere su questi fenomeni deve servire innanzitutto a far sentire la necessità di dare una definizione operativa rigorosa della temperatura; inoltre potrebbe essere utile a suscitare la curiosità degli studenti sulle motivazioni che stanno alla base dei fenomeni di cui si diceva.
Un'altra mancanza nella definizione operativa di temperatura data da questo libro, è costituita dalla presenza di una certa circolarità, che non può non generare dubbi e confusione nei ragazzi. Si dice infatti che i vari strumenti costruiti allo scopo di fornire un indice numerico (che viene chiamato temperatura) associato allo stato termico di un corpo utilizzano "la misura di alcune proprietà dei corpi che dipendono dalla temperatura". Più onesto e logicamente corretto sarebbe dire esplicitamente che mettendo un termoscopio a contatto con corpi provenienti da ambienti diversi si può verificare che il liquido in esso contenuto raggiunge altezze diverse e che si dice allora che due corpi hanno la stessa temperatura se il liquido termometrico raggiunge la stessa altezza, mentre che hanno temperatura il primo maggiore di quella del secondo se il liquido raggiunge un'altezza maggiore quando è posto vicino al primo piuttosto che al secondo. Vero è che poi ha senso ed è importante far notare come ci sia corrispondenza tra questa definizione operativa di temperatura e il nostro modo di sentire il caldo e il freddo, ma non si può pensare, a questo livello, che esista a priori la grandezza temperatura ben definita, dalla quale riconosco dipendere certi fenomeni, che di conseguenza uso per misurarla.
La definizione di calore, invece, mi pare ben data, come grandezza introdotta per interpretare alcuni fenomeni osservabili sperimentalmente, ossia l'equilibrio termico che tende ad instaurarsi tra due corpi inizialmente a temperature diverse e messi a contatto, o i cambiamenti di stato. A mio parere, varrebbe la pena essere un pochino più problematici: perché fenomeni così "diversi" vengono interpretati nello stesso modo (ossia dicendo che è avvenuto un passaggio di calore)? una risposta definitiva non la si potrà dare finché non si sarà interpretato il calore come energia, ma questo non significa che non abbia valore porsi la domanda.
Ciò che non mi convince fino in fondo della definizione operativa data dal testo è l'introduzione, fin da questo paragrafo, delle unità di misura come il joule e l'erg. Infatti, solo più avanti nel testo si illustra il principio di equivalenza tra calore e lavoro che permette di asserire che il calore è una forma di energia. Mi parrebbe più onesto mantenere come unica unità di misura del calore la caloria, che a questo punto si può definire correttamente, fino a che non si sia determinato "l'equivalente meccanico del calore". In questo modo credo che verrebbe anche maggiormente apprezzata la portata del primo principio della termodinamica, come principio di conservazione dell'energia, ma anche come principio che conferma l'idea di calore come forma di energia.