Si parte con la dinamica

La dinamica è la parte della fisica che spiega il comportamento di un corpo in movimento. Ci sono corpi in movimento dappertutto: pedoni, auto, treni… A quali leggi obbediscono questi movimenti?

Cominciamo con la cosa più semplice: siamo su un treno, che si muove di moto rettilineo uniforme: è notte, non si vede nulla. Come facciamo a sapere che ci stiamo muovendo?

Per fortuna, noi siamo dotati di un potentissimo laboratorio di fisica: il nostro cervello! Ecco il posto dove realizzare degli esperimenti mentali, che non possiamo eseguire nella realtà.

Galileo Galilei, nel suo “Dialogo sui massimi sistemi” del 1632, scrive:

Rinserratevi con qualche amico nella maggiore stanza che sia sotto coverta di alcun gran navilio, e quivi fate d’aver mosche, farfalle e simili animaletti volanti: siavi anco un gran vaso d’acqua, e dentrovi de’ pescetti; sospendasi anco in alto qualche secchiello, che a goccia a goccia vada versando dell’acqua in un altro vaso di angusta bocca che sia posto a basso; e stando ferma la nave, osservate diligentemente come quelli animaletti volanti con pari velocità vanno verso tutte le parti della stanza.
[…]
Osservate che avrete diligentemente tutte queste cose, benché niun dubbio ci sia mentre il vascello sta fermo non debbano succedere così: fate muovere la nave con quanta si voglia velocità; ché (pur di moto uniforme e non fluttuante in qua e in là) voi non riconoscerete una minima mutazione in tutti li nominati effetti; né da alcuno di quelli potrete comprendere se la nave cammina, o pure sta ferma.

Al tempo di Galileo, l’unico mezzo che potesse muoversi abbastanza velocemente, senza oscillare, era appunto una nave. Ed ecco la prima, grande scoperta: all’interno della nave, non abbiamo nessun mezzo per capire se la nave è ferma o se si muove!

Ritratto di Galileo Galilei (1636)
Justus Sustermans

Notate che non solo non esiste nessun esperimento meccanico che ci dica che ci muoviamo di moto rettilineo uniforme. Tutti gli esperimenti condotti in seguito, con altri mezzi: ottici, chimici, elettrici eccetera hanno confermato questo fatto, foriero di future scoperte: vedremo… Per intanto, abbiamo scoperto una legge fondamentale.

Ora, torniamo sul nostro treno: se spegniamo i motori e li mettiamo “in folle”, cosa succede? Beh, la risposta è semplice: prima o poi il treno si ferma, a causa dell’attrito delle rotaie e della resistenza dell’aria. 

Cosa diceva Aristotele a proposito di un corpo in movimento rettilineo uniforme? Diceva che occorre una forza perché continui a muoversi. Giusto? Nel mondo reale si: c’è sempre qualcosa che si oppone al movimento: se non spingete, ci si ferma! 

Allora, pensiamo: se, invece di viaggiare sulle rotaie, il treno fosse del tipo a levitazione magnetica, senza contatto con le rotaie? Ebbene, l’attrito delle rotaie si annullerebbe, ma rimarrebbe sempre la resistenza dell’aria. E se non ci fosse aria intorno? 

OK, siamo nel nostro cervello, e immaginiamo la situazione: niente attrito, niente aria… Cosa succede? Succede che, poiché non c’è nessuna forza che si opponga al movimento, il treno procede per sempre! Oggi possiamo immaginarci più facilmente la situazione visualizzando un oggetto nello spazio.

Questa legge si chiama “Primo principio della dinamica”, o “Principio d’inerzia”. La sua formulazione è dovuta ad Isaac Newton, che nel 1686 ha pubblicato, in latino, il suo capolavoro De philosophiae naturalis principia mathematica. Ecco la formulazione originale:

Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare”

Capito tutto? Ecco la legge, in italiano:

Isaac Newton 1689 Sir Godfrey Kneller
Isaac Newton
1689
Sir Godfrey Kneller

Tutti i corpi permangono nello stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, a meno che una forza modifichi il loro stato.

Ed ecco che si parla di forza! Ecco perché ho rinviato la discussione sulla forza: perché la forza è la causa del cambiamento di stato di un corpo, originariamente in quiete o in moto rettilineo uniforme; quindi, per definirla, occorre parlare della dinamica dei corpi. Affronteremo la questione nella prossima lezione.

Forse pensate: un articolo per una cosa così semplice come il principio d’inerzia? Fate presto a dirlo, dopo aver visto astronauti fluttuare nello spazio; pensate a Newton, che non ha mai visto nulla di simile! Il suo laboratorio, appunto, è stato il suo cervello.

Taggato con: