La forza gatta
5 Gennaio 2023
Immaginate di essere in piedi su un autobus affollato, e che l’autista si trovi costretto a frenare bruscamente perché un gattino attraversa la strada: che fine fareste? Anche se vi foste preventivamente tenuti stretti alle maniglie preposte, sareste comunque sbalzati in avanti: subireste cioè un’accelerazione! Prima siete in quiete, poi, improvvisamente, vi trovate in moto: spinti verso l’autista.
La meccanica newtoniana è stata una grande conquista: ha permesso, per esempio, di racchiudere sotto un comune quadro teorico la caduta dei gravi e l’orbitare dei pianeti; ha persino portato l’uomo sulla Luna! Il primo principio su cui si fonda è il principio di inerzia: un corpo soggetto a una somma di forze nulla permane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme in modo indefinito. O, se preferite, il moto naturale dei corpi è quello a velocità costante (si veda Sapere n. 6/2019 e n. 1/2020).
Per cambiare lo stato di moto di un corpo è necessario applicargli una forza non bilanciata da altre. Ma sull’autobus chi vi ha spinto? Ecco il problema: nessuno! Certo non è stato il gattino… Avete subìto un’accelerazione senza che nessuna forza intervenisse. La meccanica, quindi, non funziona!
Prima che diventiate tutti complottisti (già sento qualcuno dire «Lo sapevo, io, sulla Luna non ci siamo mai andati!») mettiamo i puntini sulle “i”. Innanzitutto, il moto è relativo: eravate fermi rispetto all’autobus ed è sempre rispetto a esso che siete sbalzati in avanti. Se qualcuno avesse osservato il tutto dal marciapiede sul lato della strada, avrebbe visto voi continuare indisturbati il vostro moto, e l’autobus rallentare: è lui ad aver frenato “venendovi incontro”, non siete voi ad aver improvvisamente accelerato verso il parabrezza. Il mezzo pubblico, quindi, in questo caso, non sarebbe un buon sistema di riferimento (che chiameremo sistema inerziale) per applicare le leggi della meccanica, mentre lo sarebbe il marciapiede.
Questo è vero per tutti i sistemi di riferimento che accelerano, o non inerziali che dir si voglia: si percepiscono “spinte” non corrispondenti a interazioni. È così che vengono introdotte le forze fittizie, forze che nascondono l’accelerazione del sistema di riferimento perché si possano poi usare le leggi della meccanica “come se” il sistema di riferimento fosse inerziale (cioè un sistema dove vale il principio di inerzia).
Esempi di forze di questo tipo sono la forza centrifuga e le forze dovute alla rotazione terrestre: il nostro pianeta ruota, quindi se urtaste un vaso di fiori sul davanzale non cadrebbe esattamente sotto di voi, ma un po’ più a est… Così alla domanda “chi vi ha spinto sull’autobus” ci sono due possibili risposte: o è il bus che ha frenato, o è stata la forza… gatta!
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Il presente articolo è stato pubblicato sulla rubrica “Fisica? Un gioco.” – Sapere, giugno 2020 – ed. Dedalo.