La Fisica Quotidiana: “La gravità in azione”

In prosecuzione dell’articolo precedente, ci proponiamo di vedere quali conseguenze si possono trarre dalla legge di gravitazione universale, utili per capire cose che accadono sulla nostra Terra ma anche nell’Universo in cui siamo immersi.

La formulazione della legge, riassunta nella Fig. 1, è semplice: due masse nello spazio si attraggono con una forza F  proporzionale al prodotto delle due masse, diviso la loro distanza al quadrato, il tutto moltiplicato per la costante universale G.

Ora bisogna porsi qualche domanda. Cosa sono le masse M e m, più in generale, cosa è la massa? Sgombriamo subito il campo da un possibile equivoco: la massa non è il peso. La massa è una proprietà intrinseca di un corpo che dipende solo dalla quantità e qualità della materia di cui è fatto o, più precisamente, dalla quantità e qualità di atomi di cui è fatto (per esempio Piombo, Alluminio, Idrogeno o qualunque altro dei 92 atomi diversi che esistono in natura).  Il Peso è invece la forza gravitazionale F.

Possiamo pensare che M sia la Terra e m la massa di un sasso che cade. Cade perché è spinto dalla forza F.
Anche la Terra “cade” verso il sasso perché è spinta dalla stessa forza ma, data la enorme differenza di massa tra Terra e sasso, il movimento della Terra è assolutamente non misurabile e quindi è trascurabile.

Quando noi pesiamo un corpo misuriamo questa forza F  e la chiamiamo Peso. Sulla Luna la forza di gravità è 1/6 di quella terrestre per cui una persona che pesa 75 Kg sulla Terra,  sulla Luna pesa 75/6 = 12,5 Kg

La validità della gravitazione universale è stata verificata sperimentalmente in tutto il sistema solare. Con essa si calcolano le traiettorie dei satelliti, dei veicoli spaziali che hanno portato l’Uomo sulla Luna e della moltitudine di sonde e robot inviati sui vari pianeti del sistema solare.

Si possono calcolare con precisione le orbite di tutti i pianeti del sistema solare, vuol dire che se io calcolo che in un certo giorno dell’anno ad una certa ora un pianeta deve stare in un certo punto della sfera celeste, allora se in quel giorno e a quell’ora io punto il telescopio in quel punto devo vedere il pianeta: e ciò accade. In proposito c’è la bella storia della scoperta del pianeta Nettuno. Prima del 1846, quanto detto sopra valeva per tutti i pianeti noti all’epoca, ma non per il pianeta Urano. In altri termini quando si puntava il telescopio Urano non era esattamente dove doveva stare secondo i calcoli. Furono fatte varie ipotesi su tale discrepanza fino addirittura a mettere in dubbio la validità della legge di gravitazione! Nel 1846 Le Verrier (Fig. 2) ipotizzò che le irregolarità dell’orbita di Urano potessero essere causate dalla azione gravitazionale di un pianeta sconosciuto. Egli dunque calcolò l’orbita che tale ipotetico pianeta avrebbe dovuto avere per giustificare le irregolarità di Urano. Dopo di che  scrisse una lettera ad un osservatorio Francese dicendo: Signori puntate i telescopi su un punto di coordinate così e cosà e vedrete un nuovo pianeta. Così fecero e scoprirono Nettuno!

Questa scoperta dimostrò l’assoluta esattezza delle legge di Newton nell’ambito del sistema solare.

Che la legge sia valida anche a distanze ben oltre il sistema solare è evidente dalla Fig. 4. Chi non riesce a vedere qui la gravità in azione non ha un’anima! Si tratta di un ammasso globulare. Ogni puntino è una stella. Al centro sembrano formare una massa compatta ma ciò è dovuto ad una insufficiente risoluzione dei nostri strumenti. Ci sono più stelle all’interno che verso l’esterno e spostandosi verso la periferia sono sempre di meno perché dalla formula della gravitazione si vede che la forza di attrazione diminuisce con l’aumentare delle distanze.

Ma possiamo spingerci ancora più lontano osservando un’intera Galassia, nella Fig. 5. La sua forma suggerisce una ovvia tendenza della materia ad aggregarsi sotto l’azione della gravità. Si potrebbe obiettare che la galassia non è una palla ma piuttosto una spirale ma questo è dovuto al fatto che sta ruotando.

Ma sembra che la gravità si estenda ancora più lontano. Nella Fig. 6 si vede un altro ammasso, ma non di stelle, bensì di intere galassie. Quindi anche le galassie si attraggono a formare ammassi galattici.

Dalla legge di gravitazione possiamo anche intuire qualcosa sulla formazione delle stelle. Se abbiamo una nube di gas, altrimenti detta nebulosa (in Fig. 7 c’è quella di Orione), accade che l’attrazione gravitazionale forma dei piccoli grumi che col tempo tendono ad ingrandirsi fino a formare dei grossi agglomerati di materia. Quando sono sufficientemente grandi la pressione degli strati esterni dell’agglomerato su quelli più interni, per effetto della forza di gravità, può raggiungere valori sufficienti a provocare la fusione degli atomi di Idrogeno, innescando la reazione termonucleare che accenderà una nuova stella!!

Ma che cosa è la gravità? E’ veramente così semplice questa legge? In fondo abbiamo solo descritto come la Terra ruota intorno al Sole, ma non abbiamo capito che cosa la fa muovere. Newton conosceva bene questo aspetto ma su di esso non fece alcuna ipotesi: era soddisfatto di aver scoperto cosa succede, senza spiegare perché; nessuno da allora ha spiegato il meccanismo. Questo carattere astratto, cioè matematico, è peculiare delle leggi fisiche che sono tutte leggi matematiche per le quali non abbiamo nessuna spiegazione. Perché per descrivere la natura possiamo usare la matematica senza riuscire a spiegare il perché

Nessuno lo sa ma andiamo avanti lo stesso, perché funziona.

Luigi Catalani nasce a Norma (LT) nel 1946. Si laurea in Ingegneria Elettronica con indirizzo Calcolatori e Controlli Automatici nel 1975. E’ assunto da una società romana leader nel settore della Meccanottica di precisione occupandosi di progettazione elettronica e software di sistemi di Aereofotogrammetria per applicazioni cartografiche civili e militari. Nel 1980 è assunto da una primaria azienda Aerospaziale italiana come dirigente del reparto progettazione e sviluppo di apparati avionici di bordo per aerei ed elicotteri militari e civili. Nel 1988 passa alle dipendenze di una società romana leader nel settore dei sistemi di difesa avionica con l’incarico di Project Manager per diversi contratti internazionali per lo sviluppo e produzione di apparati destinati alle aeronautiche di Italia, Germania, UK e Spagna. Nel 2007,nella stessa società, conclude la sua carriera in qualità di Responsabile Commerciale degli stessi contratti.

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