Primo principio della dinamica

Qual è il primo principio della dinamica? Da chi è stato formulato?

Scopriamolo assieme nelle prossime pagine!

Mentre la cinematica studia il moto dei corpi, a prescindere dalle cause che lo producono, la dinamica studia le cause del moto o meglio le cause che producono una variazione del moto e quindi un’accelerazione.

Parliamo in questo articolo di dinamica del punto materiale, quindi di un corpo di dimensioni e struttura interna trascurabile.

La dinamica si basa su lavori fatti da Galileo Galilei, nella prima metà del 1600, e poi da Isaac Newton, che nel 1687 pubblicò i famosi Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, che contengono i tre principi della dinamica e la legge di gravitazione universale.

Partiamo dal primo principio della dinamica, detto anche principio d’inerzia, o prima legge di Newton.

Galileo Galilei nel 1632 pubblicò il Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, un testo che spiega cos’è il principio di inerzia.

Galileo ci porta un esperimento mentale.

Dice:

“Riserratevi, con qualche amico, nella maggiore stanza, che sia sotto coverta, di alcun gran naviglio”

“Quivi fate d’aver mosche, farfalle e simili animaletti volanti. Siavi anco un gran vaso d’acqua e, dentrovi, dei pescetti. Sospendasi anco in alto qualche secchiello che, a goccia a goccia, vada versando dell’acqua in un altro vaso, di angusta bocca, che sia posto a basso”.

In pratica ci porta sotto coperta di una nave in maniera tale da non avere flussi di aria e ci fa osservare alcuni oggetti.

A questo punto facciamo alcune osservazioni insieme a Galileo.

“Stando ferma la nave, osservate diligentemente come quegli animaletti volanti, con pari velocità, vanno verso tutte le parti della stanza, i pesci si vedranno andar nuotando indifferentemente per tutti i versi e le stille cadenti entreranno tutte nel vaso sottoposto”

“saltando voi, come si dice, a piè giunti uguali spazii passerete verso tutte le parti”.

Queste osservazioni ci sembrano banali. Ora arriva il bello. Cosa facciamo? Facciamo muovere questa nave e dice, in particolare:

“Fate muover la nave con quantasivoglia velocità che, pur che il moto sia uniforme e non fluttuante in qua e in là”.

Questo è il cuore del concetto.

Non fluttuante in qua e in là vuol dire moto rettilineo uniforme.

Cosa succede?

Se il moto della nave è un moto rettilineo uniforme, dice:

“voi non riconoscerete una minima mutazione in tutti li nominati effetti né da alcuno di quelli” cioè da nessuno di essi “potrete comprendere se la nave cammina oppure sta ferma”.

Quindi ci sta dicendo che nessun esperimento scientifico può essere condotto per rispondere a questa domanda: “Siamo sotto coperta in una nave ferma al porto o siamo sotto coperta in una nave che si sta muovendo, pur con velocità costante? non lo possiamo dire. Perché?

“Se facciamo un esperimento scientifico cosa succede?”.

Dice:

“Voi, saltando, passerete nel tavolato i medesimi spazi che prima, né; perché la nave si muova velocissimamente, farete maggior salti verso la poppa che verso la prua benché, nel tempo che voi state in aria, il tavolato sottopostovi scorra verso la parte contraria al vostro salto” come se uno potesse fare un salto più lungo perché nel frattempo, la nave scorre nella direzione opposta.

“Le gocciole cadranno, come prima, nel vaso inferiore, senza caderne pur una verso poppa, benché; mentre la gocciola è per aria, la nave scorra molti palmi”.

“I pesci, nella loro acqua, non con più fatica nuoteranno verso la precedente che verso la susseguente parte del vaso e, finalmente, le farfalle e le mosche continueranno i loro voli indifferentemente verso tutte le parti”.

Quindi non possiamo vedere nessun cambiamento nei fenomeni fisici ma perché avviene questo? Perché, con nave ferma oppure nave che si muove di velocità uniforme, costante, in modulo direzione e verso, non vediamo alcun cambiamento?

Galileo lo spiega così.

“Di tutta questa corrispondenza di effetti ne è cagione” cioè ne è motivo “l’esser il moto della nave comune a tutte le cose contenute in essa e dall’aria ancora”.

Quindi potremo tradurre il principio d’inerzia in termini moderni dicendo che:

“Un corpo, non soggetto a interazioni con l’ambiente,permane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme”.

Questo è un risultato fenomenale perché Aristotele pensava che lo stato naturale dei corpi fosse la quiete e che, per avere un moto rettilineo uniforme, bisognasse sempre imprimere una certa azione, una certa interazione con l’ambiente.

Cosa ha fatto, invece, Galileo?

Ha fatto un’osservazione sperimentale che possiamo fare anche noi qua. Abbiamo uno scivolo, due monete e due superfici diverse, una superficie liscia, carta, e una superficie più ruvida,sughero. Se prendiamo una moneta e la facciamo cadere dalla parte del sughero, vediamo che si fermerà dopo una certa distanza. Se, invece, facciamo cadere la moneta dalla parte della carta percorrerà una distanza molto più lunga.

Se potessimo continuare a fare questo processo, ideale, levigando sempre di più la superficie, il corpo si muoverebbe sempre più lentamente, fino a proseguire nel suo moto rettilineo uniforme. Evidentemente, questo è un passaggio ideale che dobbiamo fare. Nella realtà è difficile pensare a una perfetta assenza di interazioni con l’ambiente.

Qual è la conseguenza?

La conseguenza è che non esiste un sistema di riferimento assoluto, è per questo che il principio di Galileo viene anche chiamato principio di relatività galileiana, ma esistono dei sistemi di riferimento detti “inerziali” dove, cioè, vale il principio d’inerzia.

Un qualsiasi sistema di riferimento inerziale è un sistema di riferimento dove un corpo non soggetto ad interazioni con l’ambiente permane nel suo stato di quiete, se è fermo, o nel suo stato di moto rettilineo uniforme.

Questo era il primo principio della dinamica  😉
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