(wrong string) � campo attrae ferro?

From: Paolo Russo <paolrus_at_libero.it>
Date: Thu, 08 May 2003 18:33:50 GMT

[montagg:]
>[...] ma perch� la casa A viene attratta dalla
>casa B e/o viceversa? [...]

Temevo che l'avresti chiesto. E ora che ti rispondo?
In fisica chiedere il perche' di un fenomeno significa
sostanzialmente chiedere da quale altro fenomeno, piu'
fondamentale, e` causato... ammesso che ve ne sia uno, dato
che prima o poi la catena di A causato da B causato da C
causato da eccetera deve avere termine.
L'elettromagnetismo e`�una forza di base e l'attrazione tra
due calamite, o tra una calamita e un pezzo di ferro, e` gia`
una manifestazione abbastanza "pura", "essenziale" di quella
che e`, a quanto ne sappiamo, una forza fondamentale, quindi
potrei forse risponderti "si attirano perche' si attirano".
In verita` la faccenda e` piu' complicata. Da un certo punto
di vista, il campo magnetico puo` essere ricondotto a quello
elettrico, ma per rendersene conto bisogna prima studiare un
po' di relativita`. Poi ci sarebbe l'elettrodinamica
quantistica che offre una visione del fenomeno piu' generale
e accurata, ma anche molto piu' difficile sul piano
matematico e concettuale.
Ho scritto quanto sopra solo per dare l'idea che si',
qualche perche' parziale lo si puo` anche scavare fuori, ma
il prezzo da pagare e` che la faccenda diventa molto
complicata.

Tanto per non lasciarti a bocca asciutta ti do` solo qualche
informazione sui dipoli. Non e` molto, ma puo` consentire di
rispondere, almeno parzialmente, a qualche perche'. Giusto
nel caso che tu non sappia gia` qualcuna di queste cose.

Campo elettrico: le cariche elettriche sono entita` che si
attirano o si respingono. Possono avere due polarita`,
chiamate positiva e negativa. Due cariche positive si
respingono. Due cariche negative si respingono. Una carica
positiva e una negativa si attirano:

  (+)-> <-(-)
_______________

<-(+) (+)->
_______________

<-(-) (-)->

Una carica positiva e una carica negativa, poste a una certa
distanza, si chiamano anche, collettivamente, "dipolo"
(elettrico) perche' sono due poli.

Ora passiamo al campo magnetico: in senso stretto, non
esistono poli magnetici isolati, al contrario del caso
elettrico, dove esistono le cariche elettriche. Tuttavia, il
campo magnetico, per sua natura, tende a comparire in maniera
tale per cui si comporta *circa come se* fosse prodotto da
una coppia di poli magnetici di polarita` opposta. Queste due
polarita` del campo magnetico si chiamano nord e sud. E`
sempre bene ricordare che questi poli sono fittizi: qui ci
starebbe bene un disegnino delle linee di forza per chiarire
la differenza con dei poli veri, ma in formato testo la vedo
dura. Mi limito a dire che le linee del campo elettrico sono
aperte (vanno da una carica positiva a una negativa) mentre
quelle magnetiche si chiudono su se stesse (partono dal polo
nord, descrivono archi piu' o meno lunghi all'esterno della
calamita e tornano al polo sud, ma poi invece di fermarsi li'
ritornano verso il polo nord all'interno della calamita). E`
stata ipotizzata l'esistenza di particelle subatomiche che
sarebbero veri e propri singoli poli magnetici (i cosiddetti
monopoli), ma non mi risulta che ne sia mai stata osservata
una. Quindi le calamite (e il ferro mentre e` magnetizzato)
sono sempre dipoli magnetici. Due poli nord si respingono.
Due poli sud si respingono. Un polo nord e uno sud si
attirano:

  (N)-> <-(S)
_______________

<-(N) (N)->
_______________

<-(S) (S)->

(Magari ti starai chiedendo cosa succede tra un polo
elettrico e uno magnetico. La risposta e`: niente, a meno che
non si stiano muovendo l'uno rispetto all'altro, nel qual
caso si creano forze debolissime, che diventano rilevanti in
circostanze opportune (es. elettrocalamita).)

Viene chiamato convenzionalmente nord quel polo delle
calamite (o dell'ago di una bussola, che e` pur sempre una
calamita) che tende a puntare verso il polo nord (geografico)
della Terra. E` una semplice definizione, che ha per
immediata conseguenza che il polo nord geografico e` un sud
magnetico, dato che attira i poli nord magnetici delle
calamite e dato che si constata che i poli opposti si
attirano.

Ora bisogna aggiungere un principio molto importante: la
forza che attira o respinge diminuisce con l'aumentare della
distanza tra i poli; piu' esattamente, e` inversamente
proporzionale al quadrato della distanza. Questo aspetto
quantitativo e`�importante perche' spiega (parzialmente)
perche' il ferro si magnetizza e perche' le calamite si
attirano. Supponi di disporre due calamite in questo modo:

      N1
      |
      | N2------S2
      |
      S1

Ora immagina le forze che agiscono sui poli. Chiamiamo N1 e
S1 i poli della calamita di sinistra, N2 e S2 i poli di
quella di destra.

Cominciamo da N1. Innanzitutto N1 ed S1 si attirano, ma
questo e` irrilevante perche' il dipolo e` rigido,
incomprimibile. N1 e` respinto da N2 ma attirato da S2,
tuttavia, dato che N2 e` piu' vicino di S2 a N1, la sua
influenza e`�maggiore, quindi, complessivamente, N1 viene
spinto verso sinistra.
Per S1 il discorso e` perfettamente analogo, con la
differenza che, dato che la forza che lo attira verso N2
e`�maggiore di quella che lo respinge da S2 perche' N2
e`�piu' vicino, S1 viene complessivamente attirato verso
destra.
Dato che N1 viene spinto verso sinistra ed S1 verso destra,
la calamita tende a girare in senso antiorario fino a
raggiungere questa posizione:

   N1------S1 N2------S2

In questa posizione la calamita non e` piu' soggetta a una
forza che la fa girare, pero` continua a girare per inerzia;
una volta pero` che N1 si trova piu' in basso di S1, per le
stesse ragioni viste sopra compare una coppia di forze che
spinge la calamita a girare in senso orario, smorzandone
quindi la rotazione antioraria fino a fargliela invertire. In
assenza di attrito la calamita continuerebbe ad oscillare, ma
l'attrito c'e`, quindi prima o poi la calamita si fermera` in
posizione orizzontale.

Ora consideriamo ancora le forze. N1 e` sempre respinto verso
sinistra, S1 e` sempre attirato verso destra, ma S1 e` piu'
vicino di N1 al dipolo N2-S2 ed e` quindi soggetto a una
forza piu' intensa, di conseguenza vince lui il tiro alla
fune e l'intera calamita 1 viene attirata dalla 2. Per la
stessa ragione, la calamita 2 e` attirata verso la 1. In
effetti, per calamite abbastanza vicine e libere di muoversi,
e` facile che sbattano l'una contro l'altra molto prima che
si siano smorzate le oscillazioni di cui parlavo poco sopra,
per cui e` possibile che non riescano a compiere neanche
un'oscillazione completa.

Questa e` la spiegazione, parziale, di perche' le calamite si
attirano e anche di perche' il ferro si magnetizza (gli atomi
sono piccole calamite che si allineano per le ragioni viste
sopra). La spiegazione e`�parziale perche' non sto spiegando
perche' i singoli poli si attirano, ma come ho scritto
all'inizio questa e` una domanda praticamente senza risposta,
a meno di non voler intraprendere uno studio un po' piu'
serio.

Ciao
Paolo Russo
Received on Thu May 08 2003 - 20:33:50 CEST