Gravitazione

Il campo gravitazionale

Una grandezza fisica si dice di campo se
In base alla definizione precedente, quali, tra le seguenti grandezze, sono grandezze di campo?
  1. altezza degli studenti di una classe
  2. altitudine in una cartina geografica
  3. pressione atmosferica
  4. temperatura di una stanza
  5. forza gravitazionale
  6. energia cinetica
  7. accelerazione gravitazionale
campo_pressione (42K)

Le grandezze di campo, come alcune di quelle elencate (altitudine, pressione, temperatura) possono essere definite in una zona di spazio fisico e tabulate in funzione del punto, anche se il loro valore non è stazionario, ma varia nel tempo. Nelle mappe dei sentieri, le linee che uniscono i punti con la stessa altitudine sono dette isoipse, nelle cartine di previsioni del tempo, quelle caratterizzate dalla stessa pressione sono dette isobare e quelle con la stessa temperatura sono dette isoterme.

L'accelerazione di gravità g è un vettore diretto verso il centro della Terra (o di un altro pianeta) e la sua intensità può essere calcolata punto per punto mediante la legge di gravitazione universale.

L'accelerazione di gravità è una grandezza di campo e viene detta campo gravitazionale
Corpo celesteCampo gravitazionale sulla superficie (N/kg)
Terra9,8
Luna1,6
Mercurio2,6
Venera8,5
Marte3,7
Giove26,0
Sole273,4

Il concetto di campo è un superamento del concetto di azione a distanza. La forza gravitazionale attrattiva a distanza tra due corpi che non sono in contatto, ma che anzi possono essere lontanissimi nello spazio, non convinceva del tutto neppure lo stesso creatore della legge di gravitazione: secondo Newton la proprietà delle masse di attirarsi a distanza aveva in sé qualcosa di magico e inspiegabile.

Il concetto di azione a distanza implica una azione istantanea della forza: se la distanza tra gli oggetti aumenta, la forza tra di essi diminuisce istantaneamente. Noi oggi sappiamo che nessuna informazione può trasferirsi istantaneamente, cioè a velocità infinita. Se il Sole scomparisse in questo preciso istante, noi (sulla Terra) lo potremmo percepire solo tra 8 minuti circa (il tempo che impiega la luce a percorrere la distanza Sole-Terra).

Perchè si abbia una forza occorre la presenza di 2 corpi perchè essa è una interazione tra corpi, invece un un campo gravitazionale è creato dalla presenza anche di solo corpo dotato di massa.

C'è quindi una differenza sostanziale tra lo spazio vuoto e lo spazio modificato dalla presenza di una massa.

terra (14K)
Una massa cambia le proprietà dello spazio in cui è immersa: chiamiamo campo gravitazionale la modificazione dello spazio circostante una massa.

Siamo interessati qui soprattutto a masse importanti come quelle dei corpi celesti: le masse responsabili di questa deformazione possono essere considerate sorgenti del campo.

Pensiamo alla Terra: il campo gravitazionale g è presente in ogni punto intorno ad essa, indipendentemente dal fatto che siano presenti o meno altri corpi. Il campo non ha confini definiti nello spazio fisico: i suoi effetti tendono ad annullarsi man mano che ci si allontana dalla sorgente.

Possiamo esprimerci in questo modo: intorno ad un pianeta esiste una zona dai confini sfumati in cui per ogni punto è possibile determinare il valore del campo gravitazionale g in funzione della distanza dal pianeta..

Per una definizione operativa si dovrebbe procedere in questo modo:

  1. Si considera una piccola massa esploratrice m0 in un punto dello spazio;
  2. si misura la forza gravitazionale F sulla massa esploratrice (in modulo, direzione e verso);
  3. si definisce campo gravitazionale in quel punto il rapporto g = F/m0

Il campo gravitazionale si misura in m/s2 o in N/kg

Come esprimere la legge di gravitazione universale in termini di campo?

Una massa M crea un campo gravitazionale g nello spazio circostante. Se una seconda massa si trova nel campo g, essa subirà una forza F = m g

Naturalmente possiamo anche dire che la massa M si trova nel campo gravitazionale di m

Il campo è l'intermediario che trasmette la forza: lo spazio non è più solo un contenitore neutro di corpi, come pensava Newton, ma assume un ruolo attivo nel trasmettere le forze.

Copyleft Ludovica Battista

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