Highlighting Interdisciplinarity between Physics and Mathematics in Historical Papers on Special Relativity: Development of an Analytical Tool for Characterising Boundary Crossing Mechanisms

Questa tesi di laurea si colloca all'interno del progetto Erasmus + IDENTITIES, il cui obiettivo è sviluppare materiali didattici interdisciplinari per la formazione iniziale degli insegnanti. Nello specifico, si dà seguito ad una ricerca condotta da Lorenzo Miani, finalizzata a mettere in evidenza come la Teoria della Relatività Speciale (STR) sia storicamente nata da una speciale interazione tra matematica e fisica. Tale co-evoluzione è stata cercata, e messa in evidenza, attraverso l’analisi dei quattro articoli fondativi della STR scritti da Lorentz (1904), Poincaré (1906), Einstein (1905) e Minkowski (1908). Per l’analisi di questi articoli abbiamo utilizzato la metafora del “confine”, esposta nella metateoria di Akkerman e Bakker (2011), riferendosi al confine tra Matematica e Fisica. È stato sviluppato uno strumento operativo di analisi di articoli originali per estrarne il rapporto tra le due discipline. Un’analisi di questo tipo può portare un contributo considerevole al Justification Problem, intercettando la possibilità di indagare sull’identità della Matematica, intesa come disciplina. Questo tipo di analisi ha permesso di comprendere gli “stili al confine” di ogni autore, e la natura delle Trasformazioni di Lorentz in quanto oggetto di confine. È inoltre illustrata la progettazione di un’attività per la formazione iniziale degli insegnanti. Questa si configura come un tutorial per lavori di gruppo, ed è stata sperimentata nel corso di Didattica della Fisica dell’Università di Bologna, tenuto dalla Professoressa Olivia Levrini. Grazie all’attività, è stato possibile riflettere sulle identità disciplinari e sull’importanza di fare “esperienze di confine” per superare stereotipi. Lo strumento elaborato nella tesi si apre a sviluppi futuri, dal momento che si presta ad essere utilizzato per l’analisi di una grande varietà di testi e per la costruzione di “boundary zone”, sempre più auspicate e incentivate nei report europei.

Development of a relationship between physical parameters of tsunami waves and tsunami intensity based on macroscopic effects and its application to the Italian tsunami database

Tsunamis are rare events. However, their impact can be devastating and it may extend to large geographical areas. For low-probability high-impact events like tsunamis, it is crucial to implement all possible actions to mitigate the risk. The tsunami hazard assessment is the result of a scientific process that integrates traditional geological methods, numerical modelling and the analysis of tsunami sources and historical records. For this reason, analysing past events and understanding how they interacted with the land is the only way to inform tsunami source and propagation models, and quantitatively test forecast models like hazard analyses. The primary objective of this thesis is to establish an explicit relationship between the macroscopic intensity, derived from historical descriptions, and the quantitative physical parameters measuring tsunami waves. This is done first by defining an approximate estimation method based on a simplified 1D physical onshore propagation model to convert the available observations into one reference physical metric. Wave height at the coast was chosen as the reference due to its stability and independence of inland effects. This method was then implemented for a set of well-known past events to build a homogeneous dataset with both macroseismic intensity and wave height. By performing an orthogonal regression, a direct and invertible empirical relationship could be established between the two parameters, accounting for their relevant uncertainties. The target relationship is extensively tested and finally applied to the Italian Tsunami Effect Database (ITED), providing a homogeneous estimation of the wave height for all existing tsunami observations in Italy. This provides the opportunity for meaningful comparison for models and simulations, as well as quantitatively testing tsunami hazard models for the Italian coasts and informing tsunami risk management initiatives.