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 Forza
Gravitazionale
Osservando
l'universo balza agli occhi una importante proprietà che
regola i moti e le interazioni fra i corpi che formano il cosmo,
siano essi oggetti celesti o semplicemente terrestri. E' questa
la forza
gravitazionale.
Scoperta
nel diciassettesimo secolo da I.Newton
è, delle
4 forze fondamentali che regolano il creato, la piu' debole, ma
la non meno importante. La nostra stessa esistenza è imperniata
su di essa. Sia che ci muoviamo, sia che solleviamo un qualsiasi
oggetto, in ogni istante della nostra vita operiamo in maniera
tale da vincere questa forza. Eppure
per scoprirla si è dovuti aspettare l'ingegno di Newton.
Prima di allora infatti si credeva che ogni corpo fosse indissolubilmente
legato alla Terra, il centro di tutte le cose, ed era perciò
naturale per un sasso lanciato in aria tornare a far parte del
sistema di origine.
Oggi
noi sappiamo, grazie ad essa, che non è cosi. Infatti,
tutti i corpi dell'universo sono legati fra di loro da questa
forza di mutua attrazione, detta appunto universale per la sua
caratteristica di interessare la globalità degli oggetti,
siano essi i pianeti del cielo o le stelle o noi stessi.
Il
Sole ad esempio, con la sua grande massa, attrae a sè tutti
i corpi del sistema solare, che a loro volta esercitano una forza
su di esso e nei confronti di altri corpi. Pensiamo ad esempio
alle comete, spesso interessate nel loro moto anche dalle grandi
masse di pianeti come Giove e Saturno che ne alterano le orbite.
Comunque nel caso in cui le masse in gioco non siano dello stesso
ordine di grandezza, il corpo minore è completamente legato
a quello di dimensioni maggiori, e si parla allora molto piu'
semplicemente di forza di gravità. E' per questo che noi
siamo vincolati alla superficie terrestre, a meno di non essere
sottoposti ad una forza che ci permetta di sfuggire all'influenza
del nostro pianeta sfruttando la spinta di aerei o di razzi.
Ad esempio nel caso delle missioni spaziali, una sonda per liberarsi
dall'attrazione terrestre deve raggiungere una velocità
di 11,3 km/s, la cosidetta velocità di fuga, a cui
poi, mediante opportune manovre, si imprime una spinta parallela
alla Terra, che combinandosi con la forza di gravità crea
un equilibrio mantenendola in orbita su un'orbita ellittica. Invece,
imprimendo una forza maggiore, si riuscirà a svincolare
completamente una sonda dall'attrazione terrestre, come nei viaggi
interplanetari. Viceversa con una forza minore essa non si manterrà
in orbita, ma ricadrà sulla Terra.
Nel
campo dell'esplorazione interplanetaria è allora la forza
gravitazionale a fare da combustibile. Infatti, sfruttando l'attrazione
dei pianeti, è possibile guidare le sonde sino ai confini
del sistema solare, facendole prima attrarre e poi lanciare dalle
grandi masse planetarie.
Ogni
corpo allora si muove di moto rettilineo uniforme, sino
a quando non interviene una forza esterna che ne modifica lo stato
iniziale e che imprime ad esso una traiettoria a seconda della
forza risultante. Nel caso dei pianeti l'orbita è la risultante
della forza dovuta al loro moto, che tende a far muovere il pianeta
in modo rettilineo, e di quella di attrazione verso il centro
del sistema solare.
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Newton
sintetizzò il tutto nella legge di gravitazione universale,
affermando che due qualsiasi corpi si attraggono in ragione del
prodotto delle proprie masse diviso il quadrato della distanza
che li separa, il tutto moltiplicato per una costante G,
detta di gravitazione universale:
F
= [ (m1 x m2) : d x
d ] x G
A
questo punto bisogna chiarire la differenza fra due concetti molto
importanti, ossia quelli riguardanti la massa ed il
peso
di ogni oggetto.
La
prima è intrinseca ad ogni corpo e non è modificata
dalla gravità, in quanto si riferisce alla quantità
di materia. L'altro invece dipende dalla gravità a cui
è sottoposto ogni corpo. Così il corpo di un'astronauta
avrà la stessa massa sia sulla Terra che sulla Luna, ma
non lo stesso peso. Sul nostro satellite naturale dove la gravità,
essendo la massa lunare minore di quella terrestre, il nostro
uomo peserà un sesto in meno.
Il
peso sarà dunque uguale alla massa moltiplicata per una
costante detta accelerazione di gravità:
P
= m x g
che
non è altro che la forza con la quale viene attratto un
corpo di massa m.
Newton
scoprì anche che tutti i corpi cadono sulla Terra con la
stessa velocità, essendo sottoposti ad una accelerazione
costante che ammonta a 9,82 metri al secondo quadrato, siano essi
una piuma od un martello. La differenza è data esclusivamente
dalla resistenza che l'aria esercita su ogni corpo.
La
forza di gravità è dunque fondamentale per la nostra
esistenza. Senza di essa la nostra vita terrestre non sarebbe
così come la conosciamo, basti pensare alle difficoltà
degli astronauti durante le missioni spaziali nel compiere le
cose piu' elementari o alle sensazioni che si provano in ambienti
che simulano l'assenza di gravità, pensiamo alle montagne
russe od al superamento di un dosso stradale con un auto a piena
velocità.
La
legge di Newton comunque vale solo nel caso si considerino due
corpi che siano lontani da altre masse. Nel caso del sistema solare,
per studiare il moto di un pianeta o di una sonda interplanetaria,
bisognerebbe in effetti tener conto anche degli altri corpi, così
come di stelle vicine. Solitamente però, per semplificare
i calcoli, si considerano solo le masse piu' ingenti, ossia quelle
del Sole, di Giove e di Saturno, considerando tutte le altre di
entità trascurabili.
Con
l'avvento della teoria della relatività, la forza gravitazionale
assume un ruolo ancora piu' importante, essendo stato scoperto
come le grandi masse influenzino persino la luce ed alterino i
concetti dello spazio e del tempo assoluti.
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