Quattro forze fondamentali governano tutte le interazioni all’interno dell’Universo. Sono forze nucleari deboli, forze nucleari forti, elettromagnetismo e gravità. Di questi, la gravità è forse la più misteriosa. Mentre è stato capito per qualche tempo come questa legge della fisica opera sulla macro-scala-che governa il nostro Sistema solare, le galassie e i supercluster – come interagisce con le altre tre forze fondamentali rimane un mistero.
Naturalmente, gli esseri umani hanno avuto una conoscenza di base di questa forza da tempo immemorabile., E quando si tratta della nostra moderna comprensione della gravità, il merito è dovuto a un uomo che ne ha decifrato le proprietà e come governa tutte le cose grandi e piccole – Sir Isaac Newton. Grazie a questo fisico e matematico inglese del xvii secolo, la nostra comprensione dell’Universo e delle leggi che lo governano sarebbe cambiata per sempre.,
Mentre tutti conosciamo l’immagine iconica di un uomo seduto sotto un melo e con una caduta in testa, le teorie di Newton sulla gravità rappresentavano anche il culmine di anni di ricerca, che a sua volta si basavano su secoli di conoscenza accumulata. Egli avrebbe presentato queste teorie nel suo magnum opus, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (”Principi matematici della filosofia naturale”), che è stato pubblicato nel 1687.,
In questo volume, Newton delineò quelle che sarebbero diventate note come le sue Tre Leggi del Moto, derivate dalle Leggi del Moto Planetario di Johannes Keplero e dalla sua descrizione matematica della gravità. Queste leggi avrebbero gettato le basi della meccanica classica e sarebbero rimaste incontrastate per secoli-fino al 20 ° secolo e all’emergere della Teoria della Relatività di Einstein.
Fisica dal 17 ° secolo:
Il 17 ° secolo è stato un momento molto propizio per le scienze, con importanti innovazioni che si verificano nei campi della matematica, fisica, astronomia, biologia e chimica. Alcuni dei più grandi sviluppi del periodo includono lo sviluppo del modello eliocentrico del Sistema solare di Niccolò Copernico, il lavoro pionieristico con i telescopi e l’astronomia osservativa di Galileo Galilei e lo sviluppo dell’ottica moderna.,
Fu anche durante questo periodo che Johannes Keplero sviluppò le sue Leggi del Moto Planetario. Formulate tra il 1609 e il 1619, queste leggi descrivevano il moto dei pianeti allora conosciuti (Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove e Saturno) attorno al Sole. Hanno affermato che:
- I pianeti si muovono intorno al Sole in ellissi, con il Sole a un fuoco
- La linea che collega il Sole a un pianeta spazza aree uguali in tempi uguali.,
- Il quadrato del periodo orbitale di un pianeta è proporzionale al cubo (3a potenza) della distanza media dal Sole in (o in altre parole–del”semiasse maggiore” dell’ellisse, metà della somma della distanza minima e massima dal Sole).
Queste leggi risolvevano le restanti questioni matematiche sollevate dal modello eliocentrico di Copernico, rimuovendo così ogni dubbio che fosse il modello corretto dell’Universo. Lavorando da questi, Sir Isaac Newton iniziò a considerare la gravitazione e il suo effetto sulle orbite dei pianeti.,
Le tre leggi di Newton:
Nel 1678, Newton subì un completo esaurimento nervoso a causa del superlavoro e di una faida con il collega astronomo Robert Hooke. Per i prossimi anni, si ritirò dalla corrispondenza con altri scienziati, tranne dove hanno iniziato, e rinnovato il suo interesse per la meccanica e l’astronomia., Nell’inverno del 1680-81, l’apparizione di una cometa, su cui corrispondeva con John Flamsteed (l’astronomo reale inglese) rinnovò anche il suo interesse per l’astronomia.
Dopo aver esaminato le Leggi del Moto di Keplero, Newton sviluppò una dimostrazione matematica che la forma ellittica delle orbite planetarie sarebbe il risultato di una forza centripeta inversamente proporzionale al quadrato del vettore raggio. Newton comunicò questi risultati a Edmond Halley (scopritore della “Cometa di Haley”) e alla Royal Society nel suo De motu corporum in gyrum.,
Questo trattato, pubblicato nel 1684, conteneva il seme di ciò che Newton avrebbe ampliato per formare il suo magnum opus, il Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Questo trattato, che fu pubblicato nel luglio del 1687, conteneva le tre leggi del moto di Newton, che affermavano che:
- Se visto in un sistema di riferimento inerziale, un oggetto rimane a riposo o continua a muoversi a una velocità costante, a meno che non sia agito da una forza esterna.,
- La somma vettoriale delle forze esterne (F) su un oggetto è uguale alla massa (m) di quell’oggetto moltiplicata per il vettore di accelerazione (a) dell’oggetto. In forma matematica, questo è espresso come: F = ma
- Quando un corpo esercita una forza su un secondo corpo, il secondo corpo esercita simultaneamente una forza uguale in grandezza e opposta in direzione sul primo corpo.
Insieme, queste leggi descrivevano la relazione tra qualsiasi oggetto, le forze che agiscono su di esso e il moto risultante, ponendo le basi per la meccanica classica., Le leggi consentivano anche a Newton di calcolare la massa di ciascun pianeta, l’appiattimento della Terra ai poli e il rigonfiamento all’equatore e il modo in cui l’attrazione gravitazionale del Sole e della Luna crea le maree della Terra.,
Nella stessa opera, Newton presentato un calcolo metodo di analisi geometrica, l’utilizzo di ‘prima e l’ultima ratio’, ha funzionato la velocità del suono nell’aria (sulla base della Legge di Boyle), ha rappresentato per la processione degli equinozi (che ha mostrato il frutto della Luna la forza di attrazione gravitazionale della Terra), ha avviato l’gravitazionale studio delle irregolarità nel moto della luna, a condizione di una teoria per la determinazione delle orbite di comete, e molto di più.,
Newton e l ‘ “Incidente della mela”:
La storia di Newton con la sua teoria della gravitazione universale come risultato di una mela caduta sulla sua testa è diventata un punto fermo della cultura popolare. E mentre è stato spesso sostenuto che la storia è apocrifa e Newton non ha escogitato la sua teoria in qualsiasi momento, Newton stesso ha raccontato la storia molte volte e ha affermato che l’incidente lo aveva ispirato.
Inoltre, gli scritti di William Stukeley – un ecclesiastico inglese, antiquario e membro della Royal Society – hanno confermato la storia., Ma piuttosto che la rappresentazione comica della mela che colpisce Newton sulla testa, Stukeley descrisse nelle sue Memorie della vita di Sir Isaac Newton (1752) una conversazione in cui Newton descriveva riflettendo sulla natura della gravità mentre guardava una mela cadere.
“we siamo andati in giardino,&bevuto thea sotto l’ombra di alcuni alberi di mele; solo lui,& me stesso. in mezzo ad altri discorsi, mi ha detto, era proprio nella stessa situazione, come quando in precedenza, la nozione di gravitazione è venuto in mente., ” perché quella mela dovrebbe sempre scendere perpendicolarmente al suolo”, pensò a se stesso; occasion’d by the fall of an apple…”
John Conduitt, assistente di Newton alla Royal Mint (che alla fine sposò sua nipote), descrisse anche sentendo la storia nel suo racconto della vita di Newton. Secondo Conduitt, l’incidente ebbe luogo nel 1666 quando Newton era in viaggio per incontrare sua madre nel Lincolnshire., Mentre serpeggiava nel giardino, contemplò come l’influenza della gravità si estendesse ben oltre la Terra, responsabile della caduta della mela e dell’orbita della Luna.
Allo stesso modo, Voltaire scrisse nel suo saggio sulla poesia epica (1727) che Newton aveva prima pensato al sistema di gravitazione mentre camminava nel suo giardino e guardava una mela cadere da un albero. Questo è coerente con le note di Newton del 1660, che mostrano che era alle prese con l’idea di come la gravità terrestre si estende, in una proporzione quadrata inversa, alla Luna.,
Tuttavia, ci sarebbero voluti altri due decenni per sviluppare pienamente le sue teorie al punto che era in grado di offrire prove matematiche, come dimostrato nei Principia. Una volta completato, dedusse che la stessa forza che fa cadere un oggetto a terra era responsabile di altri moti orbitali. Quindi, lo chiamò “gravitazione universale”.,
Si afferma che vari alberi sono “il” melo descritto da Newton. La Scuola del Re, Grantham, afferma che la loro scuola ha acquistato l’albero originale, lo ha sradicato e trasportato nel giardino del preside alcuni anni dopo. Tuttavia, il National Trust, che detiene il Woolsthorpe Manor (dove Newton è cresciuto) in fiducia, sostiene che l’albero risiede ancora nel loro giardino. Un discendente dell’albero originale può essere visto crescere fuori dal cancello principale del Trinity College, Cambridge, sotto la stanza in cui Newton viveva quando studiava lì.,
Il lavoro di Newton avrebbe avuto un profondo effetto sulle scienze, con i suoi principi che rimasero canon per i successivi 200 anni. Informò anche il concetto di gravitazione universale, che divenne il pilastro dell’astronomia moderna, e non sarebbe stato rivisto fino al 20 ° secolo – con la scoperta della meccanica quantistica e della teoria della Relatività Generale di Einstein.
Abbiamo scritto molti articoli interessanti sulla gravità qui a Universe Oggi. Ecco chi era Sir Isaac Newton?, Chi era Galileo Galilei?, Qual è la forza di gravità?, e Qual è la Costante Gravitazionale?,
Astronomia Cast ha alcuni due buoni episodi sull’argomento. Ecco l’Episodio 37: Lente gravitazionale e l’episodio 102: Gravità,