acceleratolento_at_gmail.com ha scritto:
> Non avrei mai creduto che ci fosse così tanto da riflettere su un
> concetto apparentemente così semplice.
Semplice? Si vede che non hai mai studiato fiica...
Però le "riflessioni" di LF sno totalmente inutili, sia pure come
spunti.
Il suo difetto di base è che non si stacca dalla "sensazione" della
forza esercitata da un umano.
Non capisce che la fisica è cominciata quando si è capito che occorre
separarla dalle sensazioni, usare strumenti e misure.
> A me piacerebbe tanto approfondire la questione della relatività della
> forza rispetto al riferimento che tu contesti e che anche a me sembra
> assurda.
> Se esercito una certa forza F su un oggetto mi pare impossibile che
> tale forza possa essere diversa per chi sta in un altro riferimento.
> Qualcuno può aiutarmi a capire?
Giorgio Bibbiani ha scritto:
> - "mi pare impossibile" non è un'argomentazione plausibile: il fatto
> che _a te_ quel risultato _appaia_ impossibile (con quale
> giustificazione, poi, solo a naso?!) non implica niente riguardo alla
> verità o meno del risultato.
Certamente giusto ma mi sembra il caso di approfondire.
Proprio perché temo siano molti quelli che commettono lo stesso tipo di
errore.
E perché temo anche che questioni del genere non vengano discusse
abbastanza negli insegnamenti e nei testi (spec. quelli liceali).
Premetto che intendo limitarmi alla fisica newtoniana. Solo se mi
resterà un po' di tempo, dirò qualcosa sul visione relativistica.
Il concetto di forza è sempre stato un punto dolente della meccanica
newtoniana.
Sebbene parecchie delle "Definizioni" che aprono il trattato di Newton
parlino di forza, è ben difficile considerarle come vere definizioni,
nel senso logico del termine.
Piuttosto come il tentativo di chiarire in che senso la parola "forza"
verrà usata nel libro. Allo scopo di distaccarsi dalle suggestioni del
linguaggio comune, che sono sempre in agguato, oggi come ai tempi di
Newton.
Per questa ragione nel tardo 800 ci sono stati tentativi (Hertz, Mach)
di eliminare del tutto il termine "forza" dalla meccnica.
Tuttavia questo non è accaduto, e dobbiamo ancora farci i conti.
L'unico modo utile che vedo, è di guardare come lo usano i fisici.
(A puro titolo d'informazione, nella mecc. quantisitca il concetto di
forza semplicemente *non esiste*.)
Guardando quindi più da vicino, ci sono diversi usi del termine
"forza", che è bene non confondere.
Il primo è quello che riguarda le /interazioni fondamentali/. Nella
fisica classica (in pratica, prima della m.q.) queste sono soltanto
due:
- la gravitazione
- l'interazione elettromagnetica.
Entrambe vengono determinate assegnando la *legge di forza*, ossia
l'espressione matematica della forza cui è soggetto un corpo, in
dipendenza della sua posizione e velocità.
Nel caso gravitazionale si tratta della /legge di gravitazione
universale/, che spero tu conosca.
Questa si esprime come interazione tra *due* corpi, del tutto
simmetrica come prescrive il terzo principio della dinamica (le forze
agenti tra i due corpi differiscono solo per il verso).
La forza dipende solo dalla distanza (1/r^2), la direzione è quella
della congiungente, il verso è attrattivo.
Inoltre la forza è proporzionale a ciascuna delle due masse in gioco.
La forza gravitaz. /non dipende dalla velocità/.
Il caso e.m. è ben più complicato, per varie ragioni.
Si può cominciare con la /legge di Coulomb/, che è del tutto simile
alla legge di gravitazione, salvo per l'intervento delle cariche al
posto delle masse, e per il fatto che queste possono essere di due
segni.
Ne segue che la forza di Coulomb può essere repulsiva (cariche uguali)
oppure attrattiva (cariche opposte).
Così formulata, la legge di Coulomb vale solo tra cariche ferme (alla
domanda che certo ti stai facendo, risponderò più oltre).
Accanto alla legge dell'interazione elettrostatica, si pone quella
/magnetostatica/, che mi limito a enunciare fra correnti (ci sarebbero
i magneti permanenti, ma li lascio da parte perché ci porterebbero
troppo lontano).
Si tratta di qualcosa di assai più complicato, perché mentre la legge
di Coulomb si enuncia per cariche puntiformi, e poi si generalizza a
distribuzioni qualsiasi di cariche, nel caso magnetico la forza sarebbe
tra circuiti percorsi da corrente, che non sono puntiformi ma hanno
necessariamente una forma, un'estensione, un orientamento nello
spazio...
Non posso fare la storia, che è passata attraverso ipotesi semplici ma
non realistiche (poli magnetici isolati, dipoli elementari ...).
Preferisco far notare che la formulazione generale e soddisfacente
delle forze magnetiche si ottiene passando per due idee:
- le forze magnetiche (e anche quelle elettriche) si esercitano a
distanza attraverso /campi/
- la forza elementare è quella che agisce su una carica puntiforme,
sia a causa di un campo elettrico, sia di un campo magnetico, in
quanto una corrente eletrica nn è che moviemtno di cariche.
Ne segue che il problema di dare la legge della forza si spezza in
due:
a) determinare il campo elettrico e magneitico prodotti da una data
distribuzione di cariche (ferme o in moto)
b) trovare la legge della forza cui è soggetta una carica che si trova
in un punto dove esiste un campo eletrtico e/o magnetico.
Il secondo problema ha una risposta semplice nella ben nota /forza di
Lorentz/.
Non scrivo la formula. Mi basta osservare che il campo elettrico
produce una forza che dipende dalla carica e dal campo elettrico
presente nella posizione di questa.
La forza dovuta al campo magnetico invece dipende anche dalla
*velocità* della carica.
Il primo problema ha la sua risposta nelle /equazioni di Maxwell/, e
non dico di più.
Con questo ho sistemato le /interazioni fondamentali/.
Ma che altri tipi di forze ci sono?
Quelle che chiamerò "fenomenologiche".
Riservo questo nome alle forze che si osservano presenti in natura, ma
di cui non è immediata la riduzione alle inter. fondamentali.
In realtà tutte le forze fenomenologiche sono riconducibili a inter.
e.m., ma per capire questo bisogna fare molti passi avanti, che sono
stati fatti in gran parte nel secolo scorso e con l'intervento
determinante della m.q.
Anche se qualche passo intermedio risale già all'800; ma non ne posso
parlare, altrimenti mi avvio pericolosamente a scrivere un trattato
generale di fisica :-)
Esempi di forze fenomenologiche:
- le forze elastiche
- l'attrito tra solidi
- la resistenza del mezzo, dovuta a un liquido o un gas su un corpo
solido
- la "viscosità" dei liquidi
- l'insieme delle forze interne a corpi estesi (solidi, liquidi o
gassosi) di cui la viscosità è un caso particolare, e l'elasticità un
altro.
Le ho elencate in questo modo, anche se ci sono grosse
sovrapposizioni, per metterle in ordine di complicazione concettuale
(e matematica).
Di fatto solo le prime due vengono trattate più o meno bene nei corsi
preuniversitari.
Le forze interne solo nel caso dei gas e liquidi, come /pressione/.
Ma perché "fenomenologiche"?
Perché di fatto, ben prima che se ne capisse l'origine, di queste
forze sono state date delle leggi /empiriche/, utili per trattare
problemi d'importanza pratica.
L'esempio più semplice, noto a tutti, è la /legge di Hooke/
(contemporaneo di Newton) che riguarda la forza elastica nel caso più
semplice di molle o fili elastici.
Altro esempio: la pressione in un fluido e la sua dipendenza dalla
quota in presenza di gravità (legge di Stevino, contemporaneo di
Galileo).
Un altro esempio più importante sono le /leggi dei gas perfetti/,
nelle quali un parametro essenziale è la /pressione/. Queste risalgono
a fine '700 - primi '800, con diversi contributi.
Nello stesso periodo, ma con maggiori progressi nella seconda metà
dell'800, le leggi dei gas ricevono una prima riduzione a leggi
statistiche deducibili dall'interazione elementare fra le molecole
(meccanica statistica).
Nota: questi cenni storici sono troppo sommari e anche imprecisi.
Ma ho voluto darli perché so che non sono spesso patrimonio di chi si
avvicina allo studio della fisica.
Non credo che l'elenco delle leggi fenomenologiche importanti sia
completo, ma dovrebbe bastare per il mio scopo, che non ho dimenticato:
discutere se e come le forze possono dipendere dal riferimento.
Temo che non potrò concludere stasera il discorso, ma non voglio
lasciarlo a questo punto.
Quanto al riferimento, non ne avevo minimamente accennato fin qui,
anche se ho scritto di corpi fermi o in moto.
La domanda che mi aspettavo e che ho eluso era appunto: fermi o in
moto rispetto a che cosa? in quale riferimento?
Per ora mi occuperò solo del caso dei rif. inerziali (RI: e nemmeno
proverò a definirli).
La domanda si può quindi riformulare: le leggi di forza di cui abbiamo
parlato, rispetto a quali RI sono valide?
Risposte logicamente possibili:
a) c'è un solo RI in cui tutte quelle leggi sono valide
b) per ogni legge si deve individuare il RI in cui vale
c) tutte le leggi valgono in tutti i RI.
Vediamo che cosa si può dire nei vari casi.
Gravitazione.
Nella legge di Newton intervengono solo le distanze fra i corpi, non
le velocità. E infatti N. le usa anche tra corpi in moto qualsiasi:
per es. tra un pianeta e un suo satellite.
Dato che passando da un RI a un altro la distanza non cambia, e visto
che la velocità non conta, si vede che la forza gravitaz. è
/invariante/, ossia la legge di gravit. vale in ogni RI.
(Bisognerebbe discutere un po' della direzione, ma se consideriamo due
RI ugualmente orientati, il problema non si pone.)
Elettromagnetismo.
Qui le cose si complicano, perché sono complicate le leggi.
Quindi debbo rimandare...
--
Elio Fabri
Received on Sat Oct 28 2017 - 17:02:23 CEST