af Alessio Natalucci 7 år siden
180
Mere som dette
il secondo è la lunghezza d'onda e nel caso dell'esempio essa rappresenta la distanza, in un dato istante, tra due involucri vicini aventi massimi o minimi di densità
Il primo è la velocità dell'onda, la quale dipende dal mezzo (aria, acqua ecc.)
Quando la sfera si dilata le particelle del mezzo, situate vicino alla sfera, vengono spinte fuori, sformando un involucro sferico (la cui densità è superiore al normale) della sostanza di cui è formato lo spazio in cui la sfera si trova
Contrariamente, quando la sfera si contrae lo strato del mezzo che la circonda subisce una diminuzione di densità. Queste variazioni di densità si propagano per tutto il mezzo
Secondo Huygens la luce è un'onda, cioè un trasferimento d'energia e non di sostanza
Un altra importante caratteristica della luce è il colore
Per definizione la luce solare è bianca; ma non appena questa attraversa un prisma, esibisce tutti i colori esistenti nel mondo visibile
Questo arricchisce la teoria della luce come sostanza: difatti non ci sarà un unica sostanza luce, bensì diverse sostanze, una per ogni colore
La divisione della luce solare nei suoi componenti si chiama "dispersione della luce"
La serie dei colori componenti la luce solare bianca (scoperta grazie agli esperimenti di Newton) è denominata "spettro solare" o "spettro visibile"
Uno dei ottici più elementari è che la luce si propaghi in linea retta
Lo si può dimostrare facilmente facendo attraversare una fonte luminosa attraverso un foro
Esaminiamo cosa accade invece quando la luce attraversa la materia
Prendiamo una spessa lastra di vetro e poniamo una fonte di luce dietro di questa. Noteremo come la luce non seguirà una linea retta ma subisce una "deviazione". Questo fenomeno è conosciuto con il nome di "rifrazione"
Decise quindi di impostare il problema invece di cercare la soluzione di quest'ultimo
Due uomini, A e B, muniti di una lanterna, si piazzano alla distanza di tre chilometri l'uno dall'altro
Il primo uomo, A, scopre la sua lanterna e come prestabilito l'altro uomo, B, non appena vede la luce scopre a sua volta la lanterna. I due si rendono conto che il segnale da A a B è arrivato in un secondo e viceversa il segnale da B ad A ne ha impiegato un altro. hanno quindi stabilito che la luce viaggia a 3 km/s
Conclusione errata e approssimativa
Il risultato che si ottiene è inatteso: "quello che era il punto mediano, diventa un polo che si attrae con il polo della calamita che teniamo in mano"
Per spiegare questo fatto possiamo ricorrere alla teoria dei fluidi elettrici e adattarla ai fluidi magnetici
Partendo dalla costruzione di un dipolo elettrico (il quale basta per spiegare il primo esperimento, ma non il secondo), "si deve immaginare una calamita formata al suo interno da tanti piccoli dipoli magnetici elementari"
"Questi, non possono essere ulteriormente spezzati in due poli separati. In tal caso nella calamita, considerata come un tutto, regna l’ordine, poiché tutti i dipoli elementari sono orientati nello stesso senso"
"Si capisce allora perché spezzando una calamita, due nuovi poli appaiano alle nuove estremità"
Difatti, come per i flussi elettrici, quelli magnetici possiedono "attrazione" e "repulsione"
Avvicinando la calamità che si ha in mano a quella sospesa in aria, in particolare all'estrema destra di quest'ultima, si noterà una forte attrazione tra le due
Scopriamo quindi l'esistenza nelle calamite di due poli, posti alle estremità
Questa attrazione andrà scemando avvicinando la calamita al baricentro dell'altra, procedendo verso l'altra estremità noteremo che le due calamite inizieranno a respingersi invece di attrarsi
"Strofiniamo la bacchetta di gomma con la flanella e avviciniamola alla verga (ancora unita), avremo lo stesso fenomeno di prima. Disgiungiamo ora le due parti della verga,allontanando la bacchetta di gomma, le foglioline continueranno a rimanere divaricate, invece di rimettersi in posizione di riposo come nell'esperimento precedente"
"Strofiniamo la bacchetta di gomma con la flanella, questa volta però la bacchetta di gomma non sarà contatto con la verga ma soltanto avvicinata. Le foglioline divergeranno come prima ma non appena la bacchetta verrà allontanata, invece di continuare ad aprirsi come nel primo caso, ricadranno subito in posizione di riposo"
"Muniamoci di una bacchetta di gomma dura e di una pezza di flanella. Strofiniamo vigorosamente la bacchetta di gomma con la flanella e tocchiamo la verga. Vedremo allora le foglioline divergere immediatamente e continuare a rimaner divaricate anche dopo l’allontanamento della bacchetta di gomma"
Da questi tre esperimenti possiamo comprendere alcuni concetti base
"Esistono due specie di corpi, quelli nei quali i fluidi elettrici possono muoversi liberamente e quelli nei quali non possono farlo. I primi vengono detti conduttori e i secondi isolanti"
Un corpo è elettricamente neutro se i fluidi elettrici, positivi e negativi, sono presenti al suo interno nella stessa quantità
Fluidi elettrici della stesso tipo si respingono mentre quelli del tipo opposto si attraggono.
Esistono due fluidi elettrici, uno è chiamato positivo (+), l’altro negativo (-)
Si riconobbe in seguito come l'energia meccanica e calorifera sono solo due delle molte forme che l'energia può assumere
Detto ciò si possono ribadire i due concetti di "sostanza", ovvero " materia" ed "energia"
"Entrambi obbediscono a leggi di conservazione, ma la materia possiede peso mentre l'energia no"
Inventò per questo motivo un meccanismo simile ad un orologio a pesi: per caricarlo si s'innalzano due pesi (conferendo così energia potenziale), se dopo ciò l'orologio rimane indisturbato, si potrà considerare un sistema isolato
Con il passare del tempo i pesi inizieranno a scendere fino a raggiungere il loro punto più basso (mutando l'energia potenziale in cinetica). In tal modo i pesi azionano un mulinello a palette posto in un recipiente d'acqua, le quali girando scalderanno l'acqua del recipiente
Misurando la variazione di temperatura dell'acqua e conoscendo in anticipo il calore specifico dell'acqua, ha calcolato la quantità di calore assorbito
Ad oggi le sue scoperte possono essere espresse con questa affermazione:
"L'energia potenziale di 0,427 chilogrammi sollevati di 1 metro dal suolo equivale a 1 caloria, cioè alla quantità di calore occorrente per innalzare, a pressione atmosferica normale, da 14,5 a 15,5 gradi Celsius la temperatura di 1 grammo d'acqua
Ovvero quanto calore si può ricavare da una data quantità di energia meccanica
Si potrà constatare che mentre la distanza dal suolo diminuisce, la velocità del vagoncino aumenterà
Nel suo punto più alto il vagoncino ha velocità zero mentre la distanza dal suolo è di 30 metri, mentre nel suo punto più basso la velocità è massima mentre la distanza è nulla
In termini fisici queste correlazioni si possono spiegare mediante l'energia potenziale e cinetica
Nelle vere attrazioni, con la presenza dell'attrito avviene ugualmente un continuo scambio fra energia e potenziale
La differenza rispetto all'esperimento ideale sta nel fatto che qui la somma non rimane costante ma tende a diminuire. Insieme alla diminuzione riscontriamo anche la creazione di calore
Da qui si può quindi assumere come il calore possa essere considerato una forma di energia e diventa quindi la somma di tre fattori (energia potenziale, cinetica e calore) a rimanere costante
La somma delle due energie non varia ed è conosciuta con il nome di "costante del moto"
"Nel punto più basso il vagoncino possiede il massimo di energia cinetica, ma è privo di energia potenziale"
"Nel punto più alto il vagoncino possiede energia potenziale, ma è privo di energia cinetica o moto"
Se il vagoncino partirà ad un altezza di 30 metri dal livello del suolo si constaterà che esso, con la presenza dell'attrito, potrà percorrere liberamente tutti i tracciati che vorrà ma con l'unica limitazione che non superi mai l'altezza dei 30 metri, se vorrà concludere il suo percorso
Fin dall'antichità mediante vari metodi l'uomo ha creato il calore, risulta quindi impossibile poter considerare il calore una sostanza
Prendiamo in esempio un recipiente con un chilogrammo d'acqua e uno di mercurio scaldati allo stesso modo, ossia con una fiamma identica. Quest'ultimo recipiente impiegherà molto meno tempo ad elevare la sua temperatura di un grado rispetto al primo
Si denota quindi che "le temperature di masse uguali ma di sostanze differenti richiedano quantità di "calore" differenti"
Diciamo quindi che ogni sostanza ha una propria "capacità calorifera", ovvero un proprio "calore specifico"
Per rendere più chiara la questione prendiamo in esempio il termometro nella bocca di una persona malata.
Ragionando si potrebbe supporre che, dopo essere stato a contatto con il malato, il termometro adesso condivida la stessa temperatura del malato. Tuttavia quest'affermazione non è corretta: questi due condivideranno la stessa quantità di calore, ma non la temperatura
L'unico modo per poter realmente conoscere la temperatura di un corpo (e sapere quindi se è freddo o caldo) è attraverso il termometro, strumento inventato da Galileo
Tuttavia questo è criterio puramente qualitativo, difatti immergendo prima una mano in un recipiente con acqua calda e l'altra mano in un recipiente d'acqua fredda in seguito, immergendo entrambe le mani in un recipiente d'acqua tiepida, riceveremo feedback differenti (dalla prima un messaggio di freddo, dalla seconda un messaggio di caldo)
Deduciamo quindi che il primo caso è del tutto indipendente dalla gravità terrestre mentre il secondo è basato proprio sull'esistenza di questa forza (senza di essa non si potrebbe eseguire alcuna misurazione
Nonostante ciò, mettendo in relazione i risultati delle due misurazioni, per quante volte queste possano ripetersi, i risultati saranno sempre uguali tra loro
Con il secondo metodo si va a misurare direttamente il valore della massa stessa e non della variazione tra due masse
Questo avviene semplicemente mediante l'uso della bilancia
"massa pesante"
Con il primo metodo più che determinare il valore della massa di un corpo si misura quante volte la massa di un corpo è più grande di un altra
Prendiamo in esempio due masse a riposo, applicando ad esse due forze identiche si noterà che la velocità della prima massa sarà il triplo della velocità della seconda; si può quindi affermare che la prima massa è tre volte inferiore della seconda
"massa inerte"
Questa identità e distinzione tra massa inerte e pesante è fondamentale per la formulazione della teoria della relatività
Per quante volte ripeteremo l'esperimento, la velocità del carrello rimarrà sempre la medesima
Se invece nel carrello vuoto aggiungiamo un carico, cambiando quindi il valore del peso, noteremo che la velocità rispetto a prima diminuirà
Possiamo perciò dire che "la velocità dipende dalla massa del corpo e che è tanto minore quanto maggiore è la massa"
Quanto detto fin'ora non basta però per descrivere dei moti più complessi, come ad esempio quello dei pianeti
Sono necessarie due congetture supplementari per giungere a conclusioni qualitative riguardo il moto dei pianeti
L'altra (La sua Legge di Gravitazione) è di carattere particolare e stabilisce "una precisa dipendenza tra una forza di data specie e la distanza tra due corpi"
Una di esse (La legge del movimento di Newton) è di carattere generale e stabilisce "una relazione fra la forza e la variazione di velocità"
Si può quindi rappresentare la velocità mediante "un vettore la cui lunghezza è espressa in unità prestabilite e ci dà la misura della velocità e la cui direzione è quella del moto"
Per fare ciò si può ricorrere ai "vettori", attraverso di essi si possono rappresentare graficamente tutte le quantità che possiedono sia una grandezza che una direzione
Attraverso i vettori è possibile rappresentare la variazione di velocità che un corpo subisce in seguito ad una forza, mediante un vettore tratteggiato
Il simbolo per rappresentarle è quello della freccia
Per cambiarne la posizione occorre esercitare su di esso un'azione qualsiasi
Si può quindi concludere che "quanto è maggiore è l'azione esercitata su un corpo, tanto maggiore è anche la sua velocità" (la velocità è essenzialmente legata all'azione)
Esaminiamo perchè l'intuizione sbaglia
Immaginiamo un caso ideale in cui un uomo, esercitando una determinata forza, muova un carrello a quattro ruote
Quest'ultimo, dopo una certa distanza si fermerà. Ci si deve ora domandare come si potrebbe accrescere questa distanza senza variare l'intensità della forza
Si possono valutare due diverse soluzioni: ungere le ruote o spianare perfettamente la strada
In questo modo le "influenze o resistenze esterne" saranno ridotte
Di effetti di tutto ciò sono definiti "attrito", in una situazione ideale in cui la strada è perfettamente liscia e l'attrito è quindi pari a zero, il carrello non si fermerà mai (la definiamo situazione ideale poichè è materialmente impossibile eliminiare l'attrito e le influenze esterne)
Secondo la nuova teoria (corretta) di Galileo, "un corpo sul quale non agisce nessuna forza esterna, si muove uniformemente (vale a dire sempre con la stessa velocità e lungo una linea retta
Ci si può quindi domandare, "Se la velocità non è indice delle forze esterne agenti su un corpo, qual è tale indice?"
A tale quesito risponde nuovamente Galileo, esaminando nuovamente la situazione ideale del carrello su strada senza attrito, si può comprendere che non è la velocità la conseguenza dello spingere o tirare, bensì la "variazione della velocità" o "accelerazione"
I due concetti fondamentali della Meccanica Classica si affermano essere "Forza" e "Accelerazione"
Il legame tra forza e variazione di velocità o accelerazione costituisce la base della meccanica classica di Newton. Sono dunque Forza e Accelerazione i duce concetti liberano le parti principali della meccanica classica
viene enunciata successivamente da Newton come "Legge d'Inerzia"
"Ogni corpo persevera nel suo stato di riposo, oppure di moto rettilineo uniforme, a meno che non sia costretto a cambiare tale stato da forze agenti su di esso"
Ragionaento derivato dall'intuzione è erroneo
La scoperta e l'uso del ragionaento scientifico da parte di Galileo è uno dei più importanti avvenienti nella storia del pensiero umano
Segna l'inizio della Fisica
