2a4. La Caduta dei gravi da una torre e il principio di gravità galileiana.
Il testo è un diagolo fra tre personaggi: Salviati e Simplicio, con qualche intervento di Sagredo.
La prima parte della discussione riguarda la tesi proposta da Galileo secondo cui la terra sarebbe costantemente in movimento. Se questo fosse vero – come osserva Salviati – un sasso lasciato cadere da una torre non dovrebbe cadere perpendicolarmente, come si verifica nell'evidenza, ma invece dovrebbe cadere un po' spostato rispetto alla torre. Infatti Salviati sostiene che se la terra si muove mentre il sasso è in volo allora il sasso dovrebbe inevitabilmente cadere un po' spostato. Porta inoltre come esempio una pietra lanciata da un albero di una nave in movimento. Secondo la tesi di Salviati, che però non ha verificato nell'evidenza, il sasso dovrebbe cadere spostato. Eppure egli sa che questa tesi è sbagliata e che il sasso non può cadere spostato
Per dimostrare l'impossibilità del fenomeno di verificarsi Salviati spinge Simplicio a riflettere sul movimento di una sfera perfetta su un piano rigido senza alcun ostacolo (senza attrito, aria ecc.). Giungono alla comune conclusione che, se la sfera viene posta su un piano inclinato, tende a muoversi spontaneamente verso il basso, accelerando e senza fermarsi fino a quando non cambi in senso opposto l'inclinazione del piano. Quando infatti la sefra fosse posta sullo stesso piano ma le fosse impedito di muoversi verso l'alto, la sfera si potrebbe muovere solo se spinta e tenderebbe a decelerare.
Si pone poi il caso del piano non inclinato. Salviati osserva che la sfera non si muove naturalmente perchè non c'è un piano inclinato verso il basso ma non necessita neanche di spinta, perchè la sfera non deve muoversi in salita. Quindi se lo spazio fosse infinito, anche il moto sarebbe infinito e costante in quanto mancano ragioni di accelerazione e decelerazione.
Salviati chiede poi quale sia la ragione del moto spontaneo di un sfera su un piano inclinato e la risposta di Simplicio è la forza di gravità. Quindi per giustificare il movimento infinito su un piano non inclinato, bisognerebbe trovare un piano in cui tutti i punti siano equidistanti dal centro. Un esempio potrebbe essere appunto il mare. Ma allora ogni cosa tenderebbe a muoversi alla stessa velocità e nella stessa direzione, e per questo motivo, un sasso non può cadere spostato rispetto all'albero da cui è stato lasciato cadere.
A questa tesi vengono contrapposte due opposizioni: in primo luogo la pietra dovrebbe comunque cadere spostata perchè non fruisce della forza impressa dai remi di cui invece fruisce la barca. Inoltre la forza di gravità, che spinge il sasso a cadere verso il basso, dovrebbe ragionevolmente essere d'impedimento al moto progressivo. La prima opposizione è giustificata e corretta e anche verificabile se si usa un oggetto più leggero (per esempio una penna), la seconda invece è inconsistente: una sfera può ruotare intorno al centro e al tempo stesso muoversi in modo retto verso il centro.
A questo punto l'opposizione è costituita da Aristotele: il filosofo infatti sosteneva che ogni cosa si muovesse grazie alla forza impressagli dal mezzo che provocava il suo movimento. Ma, se è vera la tesi che ogni oggetto lasciato cadere si muove di un moto spontaneo, non traferitegli da ciò che provoca lo stesso moto e nemmeno dall'aria, che è immaginata immobile, e che il grave attraversa durante la caduta, allora crolla anche tutta la teoria aristotelica, proprio perchè il moto non è impresso da nulla.
Salviati dimostra che anche questa opposizione non è valida. Prende, per dimostrarlo, un palla di cannone e un tappo di sughero. Se si lasciano entrambi gli oggetti fermi su un tavolo sottoposti al vento, la palla di cannone resta immobile, mentre il tappo di sughero vola subito via. Da questo esempio risulta chiaro che il vento tende a spostare gli oggetti più leggeri. Eppure se i due gravi vengono lanciati con la stessa forza, è il più pesante a spostarsi di più. È quindi ovvio che, oltre all'aria e al generatore del moto, ci deve essere qualche altra forza.
Inoltre Salviati dimostra che, contrariamente alla tesi aristotelica, l'aria non mantiene il movimento impressole molto a lungo. Fatto facilmente verificabile con molti esperimenti. Per esempio, se si muove quanta aria possibile in una stanza chiusa e si lascia cadere una foglia, è evidente che non appena si smette di muovere l'aria, essa si ferma. (verificabile osservando il movimento della foglia).
Un'ultima considerazione per confutare la tesi aristotelica è rappresentata da un esperimento svolto lanciano con un arco due frecce: una di punta e una di traverso. Seguendo la tesi aristotelica le due frecce, portate dall'aria, dovrebbero muoversi allo stesso modo. In realtà questo non avviene, proprio perchè le frecce non sono mosse dall'aria, ma invece tagliano l'aria per il moto impressogli dall'arco.
In questo testo, Salviati dimostra che la caduta dei gravi da una torre non può dimostrare né il movimento ma nemmeno il non movimento della terra.
Principio della relatività classica
Il principio di relatività classica afferma che i fenomeni meccanici si svolgono nello stesso modo in tutti i sistemi inerziali. (un sistema inerziale è un sistema dove il punto di vista si muove di un moto rettilineo uniforme). Questi fenomeni, infatti, sono regolati dai princìpi della dinamica, la cui invarianza comporta che non si nota alcuna differenza quando sono osservati in distinti sistemi inerziali. Per tale motivo un osservatore non sarà mai in grado di evidenziare il moto rettilineo uniforme del proprio sistema inerziale unicamente osservando un certo fenomeno meccanico nel proprio sistema di riferimento ma per coglierlo dovrà confrontarlo con un altro sistema inerziale di riferimento.
Questo principio è detto anche di relatività galileiana perché fu appunto enunciato da Galileo sostenitore della teoria eliocentrica di Copernico, in base alla quale la Terra non era più considerata immobile al centro dell'universo, bensì in moto.
Le relazioni fra le coordinate spazio-temporali di uno stesso evento in due distinti sistemi di riferimento sono note come trasformazioni galileiane. Passando da un sistema a un altro, cioè per effetto delle trasformazioni galileiane, alcune grandezze cambiano, mentre altre restano immutate; queste ultime si chiamano invarianti.
Il principio di relatività classica può essere enunciato dicendo che le leggi della dinamica sono invarianti per effetto di una trasformazione galileiana.