2a3. Perché non valgono le obiezioni tradizionali contro la rotazione della terra? L'esperienza del "gran naviglio"
Galileo Galilei propone questo ragionamento: immaginiamo di essere all'interno di una barca in modo da non aver alcun riferimento con l'esterno e di supporre quindi che la nave sia ferma. Immaginiamo ora di fare delle osservazioni, come guardare la caduta di una goccia da un secchio ad uno sottostante o lanciare la palla ad un nostro amico: ci accorgeremmo che la goccia cade esattamente nel recipiente sottostante e che la palla arriva direttamente al nostro amico. Adesso immaginiamo di essere sul ponte della nave in modo da poterci accorgere che il mezzo su cui siamo si sta muovendo; se provassimo a fare se stesse osservazioni di prima avremmo gli stessi risultati.
Perché questo? Per il principio di relatività, secondo cui se svolgiamo esperimenti in sistemi di riferimento diversi, purché in moto, otteniamo i medesimi risultati. Galileo utilizza questo esempio per far vedere come sia impossibile attribuire principio di verità al sistema aristotelico piuttosto che a quello copernicano, poiché entrambi i casi possono spiegare alla perfezione ciò che ci appare tutti i giorni accanto agli occhi, senza avere differenze nel dar credito all'uno o all'altro.
Passiamo ora ad analizzare i principi di fisica moderna coinvolti in questo testo da Galileo.
Principio di inerzia: se su un corpo agiscono più forze la cui sommatoria è pari a zero, la velocità del corpo non può cambiare, ossia il corpo non può accelerare. E il suo moto continua all'infinito di moto rettilineo uniforme.
Esempio: Esperimento del ghiaccio secco. Prendiamo un contenitore di metallo contenente ghiaccio secco collegato a un disco, anch'esso metallico, che presenta un forellino sulla superficie inferiore. Il ghiaccio secco è costituito di anidride carbonica solida che per sublimazione può passare direttamente allo stato gassoso. Ritornando gassosa, l'anidride carbonica fuoriesce dal forellino sottostante al disco e crea un cuscinetto di gas fra questo e la base su cui è appoggiato in modo da ridurre quasi a zero l'attrito. Se dessimo inizio al moto del disco, avendo a disposizione uno spazio immenso ci renderemmo conto come questo procederebbe all'infinito, senza fermarsi mai.
Principio di composizione dei moti: moto parabolico: il moto parabolico può essere definito composto da moto rettilineo uniforme orizzontale e moto uniformemente accelerato verticale. Il moto verticale è uniformemente accelerato in quanto è presente l'accelerazione di gravità. Nel moto parabolico il moto orizzontale e il moto verticale sono indipendenti l'uno dall'altro; come dire che nessuno dei due influenza l'altro. Semplicemente si sommano.
Esempio: Moto di un proiettile. Prendiamo in considerazione un proiettile lanciato da un cannone per colpire una nave avversaria a lunga distanza: lo sparo di cannone conferisce al proiettile moto orizzontale, la forza di gravità conferisce quello verticale.
moto orizzontale: a (accelerazione) = 0 ; vx (velocità) invariata = v0 ; x - x0 indica lo spostamento orizzontale ; t indica ogni istante di tempo
x = v0t
moto verticale: a = - g (dove g indica l'accelerazione di gravità) ; y indica la variabile spaziale
y = vt- ½ gt2
traiettoria: y = - ½ g/v0 x2
Principio di relatività galileiana: se eseguiamo un esperimento di meccanica in sistemi di riferimento diversi, il risultato del nostro esperimento non cambia.
Esempio: Caduta di un corpo dall'albero di una nave. Supponiamo di essere sul ponte di una nave ferma e di vedere un corpo che cade dall'albero dell'imbarcazione: esso cade esattamente ai piedi dell'albero di moto rettilineo uniforme. Ora supponiamo che la nave si muova: vedremmo il corpo cadere sempre ai piedi dell'albero. Come mai? Qesta volta il moto del corpo non è più di caduta libera, ma è parabolico (inerzia della nave che si muove unita alla forza di gravità). Perché non ce ne rendiamo conto? Noi assumiamo istintivamente come punto di riferimento e percepiamo la nave muoversi tutta insieme nella sua completezza e noi con essa perché le siamo "solidali". Assumendo l'albero come punto di riferimento, non ci rendiamo conto che in realtà il corpo si sposta della stessa quantità della nave in movimento, perché una volta completato il suo percorso lo ritroviamo dove ci aspettiamo che sia: ai piedi dell'albero.
Con la collaborazione di: Stilli per alcuni elementi sul gran naviglio e Di Pippo per il principio d'inerzia
Bibliografia:
1. D. Halliday, R. Resnik e J. Walker, Fondamenti di fisica - Meccanica, Scienze Zanichelli, VI edizione, 2006;
2. F. Cioffi, G. Luppi, A. Vigorelli, E. Zanette, A. Bianchi, M. De Pasquale, I filosofi e le idee, Edizioni scolastiche Bruno Mondadori, 2005.