Dopo quiz piuttosto complicati, eccone uno veramente per tutti.
La soluzione che riportiamo è quella dedotta da un’analisi fisica del problema, soggetta a certi vincoli geometrici. La riportiamo, tenendo presente che nei commenti è stata sollevata una soluzione apparentemente migliore, ancora tutta da investigare riguardo alla sua validità fisica. Ricordiamoci che vogliamo inserire un satellite in orbita e quindi impartirgli una certa velocità in un punto ben determinato.
Non si può parlare solo di matematica, di geometria e di giochi numerici ed ecco, allora, un quiz di fisica (meccanica classica), con un piccolo punto chiave. E’ ambientato su Papalla, dove sanno fare cose ancora impensabili per noi.
Proprio ieri abbiamo parlato di un sistema doppio molto agitato, i cui le due stelle hanno scelto di formare un disco planetario ciascuna e uno in comune (non si sa mai…). Oggi parliamo, invece, della vita di un pianeta che ha avuto la sfortuna (apparente) di formarsi troppo vicino alla sua mamma. E se fossero due, potrebbe essere meglio?
Capisco benissimo che l’argomento che andiamo a trattare possa sembrare uno di quei noiosi e inutili procedimenti geometrici e matematici. Tuttavia, vi invito a non pensarla così e a dedicargli un poco del vostro tempo. Il pensare che Keplero sia stato in parte fortunato e in parte “brutalmente” empirico nella determinazione delle sue leggi è assolutamente falso. A parte l’aver saputo sfruttare al meglio le fantastiche osservazioni di Tycho Brahe, è indubbio che solo un uomo di eccezionale intuizione e di grande capacità di sintesi poteva arrivare al risultato ottenuto. La strada a Newton non poteva essere preparata meglio.
Il problema dei tre corpi è ancora impossibile da risolvere per via analitica. Tuttavia, ammettendo che una massa sia trascurabile rispetto alle altre due, o imponendo condizioni particolari, esso può essere risolto come ci ha insegnato il grande Lagrange (De La Grangia, in realtà). Un argomento di interesse fondamentale sia per la Meccanica Celeste (sappiamo quanto siano importanti i punti lagrangiani per i i telescopi spaziali) che per l'evoluzione stellare dei sistemi doppi stretti (Lobi di Roche). In questo articolo cerchiamo di trattare la problematica nel modo più completo possibile. Esso si può trovare anche negli Approfondimenti.
In questa serie di articoli, torniamo alle leggi di Keplero per definire ancora meglio le loro enormi potenzialità, specialmente se legate alla legge di Newton. Vi assicuro che sono argomenti tutt’altro che noiosi e -forse- non troppo conosciuti. Nel primo di essi, parliamo di qualcosa che tutti dovrebbero conoscere: gli elementi orbitali. Tuttavia, vedremo che la determinazione degli elementi orbitali non permette di ricavare immediatamente la posizione di un pianeta nella sua orbita. La faccenda è piuttosto complicata e ha dato non pochi grattacapi allo stesso Keplero, che l’ha però affrontata e risolta con una sapienza a dir poco inaspettata per i suoi tempi.
Inseriamo, per ultimo, l’articolo relativo ai punti lagrangiani che, forse, da un punto di vista puramente fisico, doveva essere il primo. Poco male, dato che accorperemo i quattro articoli in uno solo negli Approfondimenti. Ciò che diremo è in parte già stato affrontato in varie occasioni e in particolare nell’articolo dove si era definito il campo gravitazionale di una singola massa, la famosa ragnatela. Aggiungiamo anche, per i meno preparati, qualche discorso sull’energia meccanica. Poi finalmente ci dedichiamo alla doppia ragnatela … energetica.
Una stella che emette luce e un corpo celeste che la riceve e la riflette danno luogo a situazioni molto variabili per un osservatore posto in una posizione qualsiasi. Stiamo parlando delle “fasi” dei pianeti e dei satelliti del Sistema Solare. Cercheremo di trattare il problema nel modo più generale possibile, non limitandoci ai pianeti interni (come si fa di solito). Data l’importanza di questo argomento, l’articolo verrà inserito, in seguito, anche negli “approfondimenti”.
Con qualche difficoltà siamo riusciti a passare dalla legge di Newton alle leggi di Keplero. Ma abbiamo veramente analizzato a fondo le leggi di quest’ultimo? Da loro si ricavano velocità orbitale, si definiscono i parametri orbitali e si introducono nuove grandezze poco conosciute, ma di indubbia importanza culturale. Proprio una di queste ha sollevato la mia voglia di entrare nei dettagli.
Nessun problema per i nostri amici: basta applicare due volte la legge di gravitazione universale che conoscono molto bene…
Questo articolo è un piccolo capolavoro di logica ed eleganza (non certo per merito mio…). Vi invito a leggerlo senza paura. Esso presenta la determinazione dei punti lagrangiani L4 e L5, nel modo più generale possibile, seguendo la strategia illustrata nel 1999 da I. Vorobyov dell’Università di Vienna. Un metodo di una semplicità disarmante, che io ho solo cercato di arrangiare in modo veramente elementare (matematica e geometria delle scuole medie).
Abbiamo spesso pensato al campo gravitazionale, generato da una grande massa, come a una enorme ragnatela, capace di catturare e gestire il moto di un piccolo corpo che gli si avvicini troppo. In parole povere, siamo parlando del problema dei due corpi, discusso non molto tempo fa. E’ ora di passare a una doppia ragnatela e vedere cosa è capace di fare. Parleremo di baricentro, di punti lagrangiani, di lobi di Roche e tante altre belle cose che in parte già sappiamo, ma che è bene riassumere e trattare con maggiori dettagli.
Il vantaggio di potersi sistemare in punto lagrangiano… Proprio adesso che avevo intenzione di continuare la trattazione completa dei punti lagrangiani (come promesso), ecco che una sonda della NASA ci manda un video eccezionale di un’eclissi della Terra da parte della Luna… Immagini sempre emozionanti…
In questi giorni si parla (abbastanza) di un pianeta che appartiene a un sistema triplo. I titoli si lanciano su situazioni da film di fantascienza e si pensa soltanto alla visione di tre albe e di tre tramonti e/o di un pianeta riscaldato da tre soli (non riporto le fonti, ma sono facili da recuperate). In realtà la situazione non è poi così strana e rappresenta un bellissimo problema dei tre corpi (e magari, in futuro anche dei quattro). Affrontiamolo, brevemente, sotto questo aspetto, ben più intrigante.
Attraverso tanti calcoli analitici (di media difficoltà, anche se un po' noiosi) si possono ricavare le tre leggi di Keplero partendo dalla legge di gravitazione universale di Newton. Vi è un solo punto critico relativo alla derivazione della traiettoria del corpo orbitante: un'equazione differenziale che comporta il calcolo di un integrale non banale (per noi almeno). Solo in questo caso accettiamo di prendere un risultato per buono... Per dirla in altre parole, risolviamo un problema fondamentale di Meccanica Celeste: il problema dei due corpi.