Il moto naturale

5 Maggio 2022

Il moto naturale

Secondo Aristotele (384-322 a.C.), che non era certo uno sciocco, corpi liberi di muoversi cercano il loro luogo naturale, si muovono per giungervi e una volta lì vi rimangono, in quiete. E così ecco perché la fiamma sale e la pietra cade. Moti differenti da questi sono possibili solo se c’è una causa, una spinta esterna. Riassumendo: ogni moto diverso dal moto verso il proprio luogo naturale è causato da un impedimento o da una spinta. La sedia su cui sedete, quindi, è lì perché il pavimento le impedisce di giungere nel suo luogo naturale, il centro della Terra, e per spostarla è necessario spingerla.
Ragionamento interessante, quello del filosofo greco, ma con alcune lacune! La più importante? Se si lanciasse la sedia lungo il pavimento, questa “scienza” nulla direbbe sul moto transitorio tra il momento in cui si cessa di spingerla (ma essa ancora si muove) e quello in cui si ferma. Per capire dove sta la falla di questo ragionamento seguiamo un esperimento mentale svolto da Galileo Galilei (1564-1642).

Immaginate una pallina che si muova da sinistra verso destra, su un piano. Se questo fosse in discesa (declive), la velocità della pallina tenderebbe ad aumentare. Potremmo quindi dire, in termini moderni, che essa sarebbe soggetta a un’accelerazione positiva. Accelerazione tanto più importante quanto più l’angolo del piano rispetto all’orizzonte è grande! Per aiutarvi a capire la situazione, anziché alla pallina, pensate a quando siete su di una bicicletta e il gioco è fatto! Se la stessa pallina incontrasse invece un piano in salita (acclive), si troverebbe a calare la sua velocità, subirebbe cioè una decelerazione. Calo tanto più importante quanto più è ripida la salita.

Avremmo quindi grandi accelerazioni per discese molto pendenti, ma che diminuirebbero al calare dell’angolo sino a diventare decelerazioni quando il piano diventa una salita. L’accelerazione passerebbe cioè a decelerazione o, se preferite, passerebbe da un valore positivo (aumento di velocità) a un valore negativo (diminuzione della velocità). Ma se qualcosa passa con continuità dal positivo al negativo deve necessariamente passare per “zero” (almeno un numero dispari di volte). Quando? Semplice, secondo Galilei: quando il piano non è né acclive né declive. Su di un piano orizzontale l’accelerazione è nulla, o, se preferite, la velocità del corpo non varia. E allora perché la sedia lanciata si ferma? Perché non è libera di muoversi, in quanto l’attrito tende a opporsi al suo scivolamento, sino a fermarla.

Da tutte queste riflessioni prese forma il “primo principio della dinamica”, enunciato nella forma completa da Isaac Newton (1643-1727): un corpo libero di muoversi e soggetto a una somma di forze pari a zero permane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme. Il moto naturale dei corpi è quindi, secondo il fisico inglese, il moto a velocità costante. Ma ecco la domanda veramente interessante: perché? Lo vedremo nel prossimo articolo!

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Il presente articolo è stato pubblicato sulla rubrica “Fisica? Un gioco.” – Sapere, dicembre 2019 – ed. Dedalo.

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