Newton scoprì una legge fondamentale e soprattutto universale per spiegare il moto dei pianeti e non solo, ma non riuscì mai a determinare il valore della sua costante G. Dovette quindi accontentarsi solo di rapporti di forze, in modo da eliminare quella scomoda costante, il cui valore fu ricavato solo un secolo e mezzo dopo grazie a sofisticatissimi strumenti di laboratorio e a piccole masse che, però, non servirono subito a determinare G, bensì la densità della Terra. Insomma, la storia di G è una lunga avventura nella quale il ruolo del protagonista è ricoperto dall'esperimento di Henry Cavendish del 1797-98 ed è questo che ci accingiamo a descrivere.
In questo articolo cercherò di unire, come si suol dire, l'utile al dilettevole. L'argomento è quello dei satelliti geostazionari. Come noto, questi sono satelliti posti in orbita equatoriale attorno alla Terra ad una quota tale che essi, pur muovendosi rispetto ad un osservatore solidale con un sistema di riferimento posto nello spazio, risultano fermi in […]
La soluzione del quiz sulla catastrofe terrestre, ha innescato una trattazione ben più articolata del previsto. Su suggerimento dell'onnipresente e onniveggente Daniela, si è convenuto di associare questo articolo a quello più vecchio sul blocco della rotazione di Papalla. Il titolo unico è diventato: Fermate il mondo, voglio scendere... L'articolo è stato scritto a quattro mani e cinque teste, dato che, anche se non compare tra gli autori, la supervisione di Umberto è stata essenziale.
"Tutti sanno che una cosa è impossibile.
Poi arriva uno che non lo sa e la fa"
(Albert Einstein)
"Non so come io appaia al mondo, ma per quel che mi riguarda, mi sembra di essere stato solo come un fanciullo sulla spiaggia che si diverte nel trovare qua e là una pietra più liscia delle altre o una conchiglia più graziosa, mentre il grande oceano della verità giace del tutto inesplorato davanti a me" (Isaac Newton)
Che sia vera o meno la storia della mela che, dopo aver colpito la testa di Newton, lo avrebbe stimolato ad elaborare la sua Legge di Gravitazione Universale, resta il fatto che nel 1666 intuì che la legge fisica che fa cadere i gravi sulla Terra è la stessa che tiene in orbita la Luna. Ma una cosa è avere un’intuizione, per quanto geniale, altra è riuscire a dimostrarla. Vediamo come ha fatto!
Nel 1726, un anno prima della sua morte, quando ormai pensava solo a consacrare il proprio mito di grande scienziato, fu Newton in persona a raccontare al suo biografo William Stukeley che l'intuizione sulla Legge di Gravitazione Universale fosse nata "grazie alla caduta di una mela mentre se ne stava seduto immerso nelle sue meditazioni". Nonostante la fonte sia decisamente autorevole, resta il dubbio se si tratti di leggenda o realtà e la sensazionale scoperta da parte di Mauritius di due taccuini risalenti al XVII secolo aggiunge mistero al mistero...
Nessun problema per i nostri amici: basta applicare due volte la legge di gravitazione universale che conoscono molto bene…
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.
Dedichiamoci al problema più “difficile”, ossia a quello di ricavare il moto ellittico partendo dalla leggi di Newton. Ci accorgeremo che prima di arrivare alla fine, incontreremo già la seconda legge di Keplero, oltre che fare amicizia con un piano. In questa prima parte ci fermeremo proprio su questo piano. Procediamo con molta lentezza e chiarezza. Alla fine il moto orbitale avrà ben pochi segreti...
Iniziamo un discorso estremamente importante: partendo dalla legge di Newton vogliamo arrivare alle leggi di Keplero. Può sembrare strano, ma è un argomento trattato raramente, anche se è veramente fondamentale, riferendosi al moto di due corpi. In questo primo articolo ricordiamo le coordinate polari, descriviamo un’ellisse e introduciamo un nuovo tipo di equazione, in modo estremamente semplificato.