ARTE

Il problema della luce e dell'ombra

Se nei primi dipinti fiorentini è presente una precisione disegnativa che rende i profili definiti e le ombre leggere, successivamente, per mezzo del chiaro-scuro, le figure assumono rilievo plastico capace di staccarle del fondo. Introduce l'uso dell'ombra sfumata che confonde i contorni e avvolge le figure rendendole indefinite.

I dipinti

Le opere di Leonardo, molte delle quali rimaste incompiute, non sono numerose, ma per la loro straordinaria novità hanno esercitato una grandissima influenza sulla pittura dei secoli seguenti. Nei dipinti giovanili Leonardo aderì allo stile del Verrocchio, ma risentì anche dell'influsso dell'arte fiamminga nella resa della luce e sviluppò un interesse particolare per la rappresentazione della natura, fino a concepire la pittura come una vera e propria scienza, utile per comprendere e raffigurare fedelmente i fenomeni naturali.

L'adorazione dei Magi

In quest'opera Leonardo affronta uno dei temi più ricorrenti della pittura fiorentina del Quattrocento, l'Epifania, interpretandola in chiave simbolica e discostandosi dall'iconografia tradizionale. Le figure dei Magi sono disposte intorno alla sacra apparizione e non giungenti in corteo, poste in una ressa di persone agitate. Scompare l'elemento capanna e la Madonna viene posta al centro dell'opera, ma non troneggia: è un semplice insieme di linee curve che 858g62i funge da fulcro alla massa di figure circostanti. L'Epifania si trasforma da mero concetto a fenomeno che sorprende, turba, emoziona e in cui si manifesta il divino, si mette in moto tutta la realtà (a destra un giovane invita la gente a guardare volgendosi verso l'esterno, a sinistra un vecchi china il capo e riflette). La natura e il mondo umano si legano nel fenomeno. Il furor si riflette tanto nelle figure più lontane, dove appare come lotta di guerrieri, sia in quelle più vicine, come incontenibile impeto di affetti e di moti. Il movimento delle figure, però, è incompiuto perché nella realtà nulla è compiuto e tutto si risolve in un conflitto di infinite forze. E' come se tutti fossero pervasi dal furor e nei loro gesti dessero vita ad un'unità disarmante simile ad una figura con tante mani protese.

L'Annunciazione

L'attribuzione a Leonardo della meravigliosa tavola- modellata attraverso sottili variazioni chiaroscurali che già annunciano la grande innovazione stilistica dello "sfumato" nelle due figure, immerse in una luminosa atmosfera naturale- ha fatto a lungo discutere i critici di tutto il mondo. Infine, la scoperta di due contorni preparatori- per il braccio dell'angelo e il panneggio della veste della Madonna è stata decisiva per assegnarla al grande maestro toscano. Il magico prato fiorito, dipinto come un erbario, mostra in che modo per Leopardo la pittura, vera scienza, si fondi sull'attenta investigazione della natura, approfondita al di là della minuziosa descrittività fiamminga.

Le novità dello stile di Leonardo sono ancora più evidenti nel Cenacolo, in cui rese il tema tradizionale dell'Ultima Cena in modo completamente nuovo. Il pittore dipinse gli apostoli a tre per volta, in unità compositive dinamiche attorno all'immagine del Cristo, il quale, isolato al centro, annuncia che uno di loro lo tradirà. La serenità del Cristo contrasta con l'espressione concitata di tutti gli altri personaggi, che reagiscono animatamente alle parole del Maestro. La rappresentazione dell'ambiente nel quale si verifica l'evento sacro "sfonda" illusionisticamente lo spazio reale entro cui è collocato il dipinto.

Il dipinto della Gioconda è famosissimo sia per il virtuosismo dell'esecuzione, sia per il mistero del sorriso della donna raffigurata. Nella realizzazione del ritratto Leonardo fece uso di due tecniche fondamentali della pittura, delle quali è considerato il primo grande maestro: lo sfumato e il chiaroscuro. Lo sfumato consiste nel dissolvere in modo quasi impercettibile i tratti del disegno, fondendo i colori in sottili gradazioni; i trapassi dalle zone di luce a quelle d'ombra vengono ammorbiditi, creando un effetto di trasparenza che rende quasi evanescente il sorriso della donna ritratta. Il chiaroscuro consiste nel modellare e definire le forme per mezzo del contrasto luminoso; ad esempio, le mani sono raffigurate prevalentemente con una modulazione di luce e ombra.

Leonardo fu tra i primi a usare la prospettiva aerea: la profondità e la lontananza degli oggetti rappresentati vengono rese attraverso un sapiente uso del colore, in straordinari giochi di effetti atmosferici. Tutti i maestri del Rinascimento si confrontarono con le tecniche pittoriche e lo stile innovativo di Leonardo.

Progetti scientifici e teorici

Leonardo comprese l'importanza della sperimentazione scientifica meglio di ogni altro scienziato del suo secolo. Le sue teorie scientifiche, cosi' come le sue innovazioni artistiche, erano basate su una attenta osservazione dei fenomeni naturali. Purtroppo, come accadde spesso per i progetti artistici, molti suoi trattati scientifici non furono mai portati a termine. I suoi manoscritti constano di cinquemila pagine di appunti, quasi tutti leggibili soltanto allo specchio poiche' Leonardo, essendo mancino, scriveva alla rovescia, da destra verso sinistra.

Anticipando numerose scoperte dell'era moderna, Leonardo studio', nel campo dell'anatomia, la circolazione sanguigna e il movimento degli occhi; indago' profondamente i fenomeni meteorologici e geologici; studio' l'effetto della luna sulle maree; presagi' alcune concezioni moderne riguardo alla formazione dei continenti ed approfondi' lo studio delle origini dei fossili.

Fu anche uno degli iniziatori della scienza dell'idraulica progettando efficaci sistemi di canalizzazione dei fiumi e inventando macchine quali lo scafandro.

Per tutta la vita studio' e analizzo' il volo degli uccelli, tema trattato in numerosi disegni: le sue scoperte in proposito comprendono principi di aerodinamica tuttora validi.

 

Disegno:  Studio anatomico del corpo umano

Il carro armato

Per portare panico e distruzione tra le truppe nemiche , Leonardo pensa e disegna un carro a forma di testuggine, rinforzato con piastre metalliche, con torretta interna di avvistamento ed armato di cannoni. Il movimento del carro era garantito da 8 uomini che azionavano dall'interno un sistema di ingranaggi collegato alle ruote. Dalle note che accompagnano il disegno si deduce che Leonardo pensò di utilizzare dei cavalli al posto degli uomini, ma la possibilità che gli animali si imbizzarrissero in uno spazio così ristretto e rumoroso dovette ben presto dissuaderlo. La direzione del fuoco poteva essere decisa dagli uomini posti nella parte alta del carro, da dove, attraverso delle strette fessure, potevano vedere il campo di battaglia.

Struttura d'ala

Lo studio della struttura delle ali rappresento' per Leonardo un momento importante nello sforzo di realizzare una macchina capace di far volare l'uomo. In questo disegno Leonardo pensa ad un'ala che, a somiglianza di quella del pipistrello, preveda un unico panno (telo) teso su un'armatura in legno e canne. L'ala, con le sue nervature ed i suoi rivestimenti, veniva ad essere costituita da una trave principale (di abete) da cui partivano i raggi dell'armatura (fatti di canne).

Il foglio, databile tra il 1486 e il 1490, riporta un disegno a penna, con pochi tratti in matita, dell'ala meccanica coperta di "panno" e mossa con un verricello a manovellla (in basso a sinistra sul foglio). Il disegno dell'ala è privo di didascalie; in uno studio precedente Leonardo esprime comunque la convinzione della necessità di abbandonare gli studi sull'ala traforata o a sportelli, indirizzandoli su un'ala con rivestimento continuo . Per ottenere i movimenti di quest'ala disegna il meccanismo, sopra riportato, che azionando una manovella trascinava una corda su un verricello in alto e in basso.

Le invenzioni

I progetti vinciani sono talmente numerosi che è difficile elencarli tutti. Alcuni si possono catalogare anche come opere di ingegneria militare. Sono progetti di straordinaria modernità. In alcuni casi si tratta di miglioramenti apportati a macchinari già esistenti, in altri invece di vere e proprie invenzioni.

Ma in tutte le sue macchine prevale il senso dell'automazione, Leonardo progettò infatti anche un robot, che è stato ricostruito nel 1945 seguendo i disegni dell'artista.

Uno spazio particolare l'ha riservato all'ingegneria meccanica. Una gran mole di strumenti "macchinali" per agevolare il lavoro dell'uomo, tra cui macchine per incidere lime, martelli automatizzati a canne, strumenti per segare il marmo a lastre parallele, un orologio a balestra e ingranaggi dai complicati ruotismi.

Un altro settore delle ricerche vinciane è l'idraulica, e non c'è committente leonardesco che non abbia cercato di approfittare della sua competenza nel settore. Chiuse, ponti mobili e retrattili, molini, draghe, canalizzazioni ardite come quella prevista in alternativa all'Adda, porti, dighe. E poi battelli e imbarcazioni di tutti i tipi, compresa una anticipazione del sommergibile; Leonardo concepisce quindi l'acqua come una possente, economica e inesauribile riserva energetica.

Il suo interesse per l'energia termica o eolica è invece minore anche se esistono molti schizzi di macchine utilizzanti questi tipi di energia.

Al Museo della Scienza e della Tecnica di Milano e al Museo Vinciano sono state ricostruite alcune fra le sue invenzioni, che spesso lui progettava senza però realizzarle. Ecco le principali invenzioni di Leonardo:

FISICA

La luce

Forma di radiazione elettromagnetica, come il calore, le onde radio e i raggi X. La luce consiste sostanzialmente di rapidissime oscillazioni del campo elettromagnetico, in un particolare intervallo di frequenze che possono essere rivelate dall'occhio umano e che costituiscono il cosiddetto campo del visibile. I diversi colori della luce corrispondono alle diverse frequenze di vibrazione del campo elettromagnetico. Lo spettro della luce visibile si definisce generalmente in termini di lunghezza d'onda, e va dalla lunghezza d'onda minore, quella del violetto, alla lunghezza d'onda maggiore del rosso. A frequenze più alte di quella della luce violetta (e quindi per lunghezze d'onda più piccole), si trovano la radiazione ultravioletta e i raggi X. A frequenze più basse (lunghezze d'onda più grandi) si trovano invece la radiazione infrarossa e le onde radio. La radiazione luminosa viene generalmente prodotta dalla vibrazione degli elettroni in seguito, ad esempio, a forti sollecitazioni termiche: maggiore è la temperatura, maggiore è la frequenza di vibrazione degli elettroni e quindi della radiazione emessa.

Natura della luce

La luce si propaga in linea retta in tutte le direzioni, raggiungendo, man mano che si allontana dalla sorgente che l'ha emessa, aree sempre più ampie. Quando colpisce un oggetto, essa può essere riflessa, diffusa o assorbita. In relazione alla natura della superficie su cui incide la radiazione, alcune frequenze vengono riflesse o diffuse meglio di altre, e questo determina il colore con cui vengono percepiti i vari oggetti. Le superfici bianche riflettono con la stessa intensità tutte le lunghezze d'onda della luce, mentre quelle che appaiono nere assorbono praticamente tutta la radiazione incidente. Perché si abbia il fenomeno della riflessione speculare è necessario che la superficie riflettente sia altamente pura e levigata, simile appunto a quella di uno specchio.

La definizione della natura della luce ha sempre rappresentato un problema fondamentale per la fisica. Il matematico e fisico britannico Isaac Newton propose un modello corpuscolare, cioè considerò la luce come composta da fasci di particelle, o in generale di corpuscoli di varia specie, prodotti da tutti i corpi luminosi. L'astronomo, matematico e fisico olandese Christiaan Huygens, invece, attribuì alla luce una natura ondulatoria, spiegandone il meccanismo di propagazione secondo le leggi del moto ondulatorio.

Attualmente si pensa che queste due teorie siano sostanzialmente complementari: lo sviluppo della teoria quantistica ha portato infatti a osservare che, in esperimenti diversi, la luce mostra alternativamente comportamenti tipicamente corpuscolari e comportamenti ondulatori. Nelle situazioni in cui la luce si propaga secondo le caratteristiche del moto ondulatorio, le vibrazioni avvengono lungo una direzione perpendicolare a quella di propagazione, e sono quindi possibili due piani di polarizzazione mutuamente perpendicolari.

Velocità della luce

La velocità della luce fu misurata per la prima volta in un esperimento di laboratorio dal fisico francese Armand-Hippolyte-Louis Fizeau, sebbene altre osservazioni astronomiche avessero già permesso di determinarne il valore con una buona approssimazione. Oggi il valore della velocità della luce si conosce con estrema precisione: nel vuoto esso risulta pari a 299.792.458 m/sec.

Misurando l'intervallo di tempo impiegato dalla radiazione luminosa per raggiungere un bersaglio e quindi tornare indietro, diventa possibile determinare distanze altrimenti non valutabili in modo ugualmente accurato. In ciò consiste ad esempio il principio di funzionamento del radar e del sonar. L'unità di misura della lunghezza del Sistema internazionale, il metro, è stato ridefinito come la lunghezza del cammino percorso dalla luce nel vuoto in un intervallo di tempo di 1/299.792.458 di secondo. La velocità di propagazione della luce nell'aria varia leggermente in funzione della lunghezza d'onda, e risulta in media minore di circa il 3% del suo valore nel vuoto; la velocità in acqua si riduce invece in media del 25% circa e nel vetro del 33%. La luce svolge un ruolo fondamentale in moltissimi campi, di cui è impossibile fornire un elenco completo. La luce del Sole ad esempio, è essenziale per le piante nel processo di fotosintesi, che serve a sintetizzare sostanze organiche complesse a partire da molecole inorganiche.

CHIMICA

Il colore

Percezione sensoriale associata alle diverse lunghezze d'onda della radiazione elettromagnetica nello spettro del visibile. Come sensazione propria dell'uomo e di alcuni animali, la percezione dei colori è un processo neurofisiologico molto complesso; la retina dell'occhio raccoglie la radiazione luminosa attraverso cellule a forma di bastoncelli e coni: mentre i bastoncelli registrano l'intensità globale della luce, i coni sono sensibili a tre diversi intervalli di lunghezze d'onda, che il cervello sintetizza e traduce in colori.

I metodi usati oggi per specificare i colori in campo tecnico appartengono alla colorimetria, e consistono in accurate misurazioni scientifiche basate sulle lunghezze d'onda di tre colori primari.

Lo spettro visibile

La cosiddetta luce bianca è composta da uno spettro continuo di onde elettromagnetiche di lunghezza d'onda compresa circa tra 350 e 750 nanometri, o nm, cioè milionesimi di millimetro. Se le intensità di queste radiazioni sono distribuite in maniera uniforme su tutto lo spettro, la luce appare effettivamente bianca o grigia (secondo l'intensità dell'illuminazione). Una radiazione composta da onde di un'unica frequenza (o lunghezza d'onda) si dice monocromatica: le onde monocromatiche sono qualitativamente diverse, e questa differenza qualitativa è percepita soggettivamente come diversità di colore. Ad esempio la luce di lunghezza d'onda di 700 nm appare rossa, quella con lunghezza d'onda di 400 nm è percepita come violetta. Le lunghezze d'onda intermedie, partendo dal violetto e spostandosi verso il rosso, sono blu, verde, giallo e arancio.

Il colore di un fascio di luce monocromatico, o che contiene radiazioni elettromagnetiche comprese entro una ristretta banda di lunghezze d'onda, viene detto colore puro o tono di colore. I colori puri sono definiti saturi, e capita molto raramente di poterli vedere al di fuori dei laboratori dove vengono prodotti artificialmente.

Colori primari

L'occhio umano non funziona esattamente come un analizzatore di spettri, e quindi la medesima sensazione di un colore può essere prodotta da stimoli fisici (ossia radiazioni luminose) diversi. Così un miscuglio di luce rossa e verde con intensità appropriate viene percepita dalla retina in modo identico al giallo dello spettro, pur non contenendo la lunghezza d'onda del giallo. È possibile produrre una qualunque sensazione di colore mescolando in dosi opportune i tre colori rosso, blu e verde. Se luci di questi colori, detti "additivi primari", sono mescolate con intensità approssimativamente uguali si produce la sensazione di luce bianca. Esistono anche coppie di colori puri "complementari" che, se mescolati, producono la stessa sensazione di bianco: ad esempio, il giallo e il blu, e certi rosso-arancione con il blu-verdastro.

Il colore degli oggetti

Molti dei colori percepiti nell'esperienza quotidiana sono determinati da radiazioni che contengono varie lunghezze d'onda, risultanti dal parziale assorbimento della luce bianca. Ad esempio i pigmenti, che conferiscono il colore a molti oggetti, assorbono alcune delle lunghezze d'onda della luce bianca e ne riflettono o trasmettono altre, alle quali appunto si deve la sensazione cromatica legata all'oggetto. I colori che assorbono la luce composta da colori additivi primari si dicono colori "sottrattivi primari". Sono il magenta che assorbe il verde; il giallo che assorbe il blu e il ciano o blu-verde che assorbe il rosso. Così, un fascio di luce verde che colpisce una superficie rossa viene assorbito quasi completamente e l'occhio vede una superficie nera. I colori sottrattivi primari, che sono anche detti pigmenti fondamentali, possono essere mescolati in diverse proporzioni per ottenere quasi ogni tono di colore. Se vengono mescolati tutti insieme in proporzioni pressoché uguali, essi producono un colore molto scuro, ma non perfettamente nero. I colori sottrattivi primari sono usati nella fotografia a colori, per realizzare le diapositive e le pellicole per stampe a colori. Inchiostri magenta, giallo e ciano si usano per le immagini stampate a colori; l'inchiostro nero è invece utilizzato spesso per rinforzare il quasi-nero prodotto dalla miscela dei tre colori primari.

Il meccanismo che determina il colore

Il meccanismo che determina la formazione dei colori per assorbimento della luce da parte delle diverse sostanze non è ancora del tutto chiaro; apparentemente dipende dalla struttura molecolare delle sostanze. Nel caso di composti organici, solo quelli in cui gli atomi di carbonio presentano legami non saturi (ovvero nei quali alcuni elettroni sono liberi di vibrare, e dunque di intercettare particolari lunghezze d'onda della luce) sono colorati, e il loro colore può essere modificato per mezzo di reazioni chimiche (vedi Chimica organica). I composti inorganici sono invece generalmente incolori in soluzione o allo stato liquido, a eccezione di quelli contenenti gli elementi di transizione.

Si può avere colorazione anche per cause diverse dall'assorbimento della luce. I colori della madreperla o delle bolle di sapone, ad esempio, sono dovuti al fenomeno dell'interferenza. Alcuni cristalli mostrano una colorazione diversa quando varia l'angolo di incidenza del fascio di luce sulla loro superficie (il fenomeno è detto pleocroismo). Diverse sostanze inoltre mostrano una colorazione diversa a seconda che la luce sia trasmessa o riflessa; così una sottilissima lamina d'oro, gialla nella luce riflessa, appare verde alla luce trasmessa. Il "fuoco" di certe gemme, in modo particolare del diamante, è dovuto alla dispersione della luce bianca nelle sue componenti spettrali, esattamente come si verifica nel prisma. Alcune sostanze, se illuminate con una luce monocromatica, assorbono il colore a essa associato ed emettono una radiazione diversa, sempre di lunghezza d'onda maggiore; questo fenomeno è detto fluorescenza, oppure, nel caso particolare in cui l'emissione sia ritardata, fosforescenza. Il blu del cielo è dovuto alla diffusione, da parte delle molecole dei gas atmosferici, delle componenti blu a corta lunghezza d'onda della luce bianca proveniente dal Sole. Un'analoga diffusione si nota nella sala buia di un cinema: visto di lato, il fascio di luce del proiettore appare blu a causa della polvere e delle particelle di fumo sospese nell'aria che diffondono i raggi luminosi.

BIOLOGIA

La luce per la vita

La luce proveniente dal Sole fornisce 2 calorie per cm² al minuto. Di essa solo il 67% raggiunge la superficie della Terra nella misura di 1,34 calorie per cm² per minuto a mezzogiorno in estate. La luce solare è uno dei principali fattori che influenzano sia direttamente sia indirettamente ogni attività vitale della biosfera; è fondamentale nel meccanismo complesso della fotosintesi e quindi risulta la fonte di energia per tutta la catena trofica degli esseri viventi sia in ambiente terrestre sia in quello acqueo. L'alternanza di una fase luminosa e di una fase oscura condiziona poi tutta una serie assai complessa di fenomeni biologici: nei vegetali, oltre alla fotosintesi, i fototropismi e i fotoattismi, i fotoperiodismi, alcuni bioritmi, la respirazione, la germinazione dei semi, la fioritura, ecc. Negli organismi eterotrofi, la luce è fondamentale per la visione e per lo svolgersi di particolari ritmi di attiità o riposo, i cosiddetti "orologi biologici", per l'attività riproduttrice legata al fotoperiodismo e per altri fenomeni collegati ai bioritmi come per esempio le migrazioni degli uccelli o il cambiamento di livrea di alcuni mammiferi, fatti che, alle latitudini medie e alte, dipendono da meccanismi ormonali attivati da centri nervosi sensibili alle variazioni stagionali della durata del periodo giornaliero di illuminazione solare. Secondo la necessità di forte o scarsa illuminazione per compiere le proprie funzioni vitali, si parla rispettivamente di organismi fotofili e fotofobi (o scotofili). Per i vegetali è più preciso il termine di "piante eliofile", che necessitano di una forte illuminazione, oppure sciafile, se preferiscono un'illuminazione debole e schermata, come per esempio le associazioni vegetali di un sottobosco. Organismi veramente fotofobi sono i componenti della fauna endogea, ma allo stesso modo si possono considerare quelli delle zone marine abissali, gli animali strettamente cavernicoli (molto spesso depigmentati e completamente ciechi) o i parassiti interni di altri animali.