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Simbolo della città di Firenze è la Cattedrale di S. Maria del Fiore, fondata nel 1296 al posto della basilica paleocristiana di Santa Reparata. La costruzione prese avvio dalla facciata, probabilmente su progetto dell'architetto fiorentino Arnolfo di Cambio, e si protrasse per circa due secoli (ma la facciata verrà completata solo alla fine dell'Ottocento). Da sempre considerata tempio dell'arte, oltre che luogo di culto, la Cattedrale conserva anche importanti testimonianze che rimandano al mondo della scienza. Al 1475 risale la realizzazione, da parte del matematico Paolo dal Pozzo Toscanelli, di uno gnomone, il più alto mai realizzato in una chiesa e il più antico conservatosi. Esso consente di controllare il momento del passaggio del Sole al solstizio d'estate. Alla base della lanterna della cupola è collocata una tavoletta di bronzo, detta bronzina, che reca il foro gnomonico. Nel periodo tra maggio e luglio, i raggi solari, filtrando attraverso questo foro, danno luogo a un'immagine del Sole, circa 90 metri più in basso, sul pavimento della Cappella della Croce, dove si trovano i segni solstiziali rinascimentali e la linea meridiana installata nel 1755 dal gesuita Leonardo Ximenes. L'orologio di Paolo Uccello, sulla controfacciata, idealmente certifica il passaggio dal moto del Sole al computo meccanico del trascorrere del tempo. Costituito da un cerchio inscritto in un quadrato, è diviso in 24 settori corrispondenti alle ore segnate con cifre romane. Caratteristica peculiare di questo orologio è la disposizione delle ore in senso antiorario, a partire dal basso, secondo una consuetudine derivata dalle meridiane.

Non distante dalla Cattedrale si trova l'edificio più antico di Firenze: il Battistero, le cui porte sono decorate con formelle di bronzo e sono conservate nel Museo dell'Opera del Duomo insieme a molte opere che decoravano la cattedrale, come le famose statue di Donatello. In cima alle scale si erge maestosa la Pietà di Michelangelo. Dietro il Battistero si può ammirare il Palazzo Arcivescovile. Ricostruito nel 1500 ospita il negozio di orologi Officine Panerai, in una piccola cella che sorgeva sulle pile del ponte alle Grazie e che un tempo apparteneva alle monache murate.

Altro simbolo della città è la Basilica di San Lorenzo che, consacrata nel 393, è una delle chiese che si contendono il titolo di più antica di Firenze. Per circa 300 anni ha avuto il ruolo di antica cattedrale, quando vennero solennemente traslate le spoglie del primo vescovo di Firenze, San Zanobi. Fu ampliata e riconsacrata una prima volta nel 1059 e successivamente nel XV secolo su un progetto di Filippo Brunelleschi, con un arioso interno a croce latina a tre navate, scandite da colonne corinzie ed archi a tutto sesto in pietra serena. Contemporaneamente, egli costruì la Sagrestia, oggi detta Vecchia in contrapposizione alla Sagrestia Nuova di Michelangelo, con tondi di Donatello. La Basilica fu terminata nel 1461, grazie anche al sostegno economico del figlio di Giovanni, Cosimo de' Medici. La parte più famosa della chiesa è quella delle Cappelle Medicee della grande abside.

Firenze, oltre a custodire una miriade di palazzi nel pieno del loro splendore e chiese monumentali, è ricca di musei. Il più importante della città è la Galleria dell'Accademia. La collezione fu creata nel 1784 dal granduca Pietro Leopoldo di Lorena. Qui si trovano le principali opere di Michelangelo, tra le quali il David, la Pietà di Palestrina e il San Matteo, oltre ad un'importante collezione bizantina e religiosa e ad una notevole raccolta di dipinti del XV e XVI secolo. Un'altra sosta obbligata è davanti al porticato del Brunelleschi della Chiesa della Santissima Annunziata, dove l'occhio e l'anima si arricchiscono di gioia.