{"id":7222,"date":"2015-10-19T16:44:41","date_gmt":"2015-10-19T14:44:41","guid":{"rendered":"http:\/\/www.lemonskin.net\/io\/?p=7222"},"modified":"2026-04-07T15:33:03","modified_gmt":"2026-04-07T13:33:03","slug":"ma-veramente-su-dagli-astronauti-non-ce-la-forza-di-gravita","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.lemonskin.net\/io\/7222\/","title":{"rendered":"Ma veramente su dagli astronauti non c’\u00e8 la forza di gravit\u00e0?"},"content":{"rendered":"
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\"space<\/a><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Il motivo per cui gli astronauti galleggiano in assenza di peso nasconde un concetto molto profondo.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Nello spazio gli astronauti galleggiano “in assenza di gravit\u00e0”. Lo abbiamo visto tutti, in qualche filmato dalla stazione spaziale o dalle vecchie missioni Apollo. Ma perch\u00e9?<\/p>\n\n\n\n

Se chiedete in giro, ad esempio al vostro salumiere di fiducia (ammesso che non abbia studiato fisica in giovent\u00f9, dedicandosi poi al pi\u00f9 remunerativo culatello) \u00e8 garantito che vi dir\u00e0 che \u00e8 perch\u00e9 fuori della Terra non c’\u00e8 forza di gravit\u00e0.
Logico no? Sulla Terra la forza di gravit\u00e0 ci tiene appiccicati al pavimento, e il bicchiere quando ci sfugge di mano si rompe, ma nello spazio, sufficientemente distante dalla Terra, non c’\u00e8 pi\u00f9 la forza di gravit\u00e0 e si \u00e8 liberi di lasciar andare un intero servizio da 12 senza patemi. Senza scomodare il salumiere questa spiegazione, vi garantisco, va di gran lunga per la maggiore. Ma \u00e8 anche vera?<\/p>\n\n\n\n

No, assolutamente! Sbagliatissimo!! <\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n

La forza di gravit\u00e01<\/a><\/sup>Il campo gravitazionale<\/em>, per i precisini.<\/span> prodotta dalla Terra diminuisce con l’aumentare della distanza2<\/a><\/sup>Al quadrato, per i precisini.<\/span> dal centro della Terra, e non saranno certo quei 400 Km di distanza in pi\u00f9 (tale \u00e8 pi\u00f9 o meno la distanza dalla superficie terrestre di una navicella spaziale in orbita attorno alla Terra) rispetto a un raggio di quasi 6400 Km, a annullarlo.<\/p>\n\n\n\n

A essere precisi il campo di gravit\u00e0 della Terra si annulla soltanto a distanza infinita dalla Terra, cio\u00e8 mai. Tanto per dare qualche numero, la forza che ci attira verso il centro della Terra, nella stazione spaziale, \u00e8 ridotta soltanto del 10% o poco pi\u00f9 rispetto a quella che sperimentiamo tutti i giorni sulla Terra. Troppo poco per giustificare i filmati degli astronauti che svolazzano di qua e di l\u00e0. E allora perch\u00e9 “si annulla la forza di gravit\u00e0”? <\/p>\n\n\n\n

Andiamo per gradi. Intanto chiediamoci: perch\u00e9 la stazione spaziale ruota attorno alla Terra e non cade? Che cosa la fa ruotare?<\/p>\n\n\n\n

Risposta: la forza di gravit\u00e0.<\/p>\n\n\n\n

Cos\u00ec come la forza di gravit\u00e0 fa ruotare la Luna attorno alla Terra, la Terra attorno al Sole, il Sole attorno al centro della galassia, cos\u00ec la stessa forza di gravit\u00e0 prodotta dalla Terra fa ruotare la stazione spaziale di moto circolare3<\/a><\/sup>Ellittico, per i precisini.<\/span> attorno alla Terra stessa. Il motivo \u00e8 che la forza di gravit\u00e0 \u00e8 una forza “centripeta”, cio\u00e8 sempre diretta verso un centro, un punto particolare, che nel caso della forza fra la Terra e la stazione spaziale coincide con il centro della Terra. E una forza centripeta che viene esercitata su un oggetto che abbia una velocit\u00e0 opportunamente orientata e sufficientemente grande (la stazione spaziale si muove a quasi 28mila Km\/h) si traduce in un moto circolare. Invece di precipitare, la stazione spaziale gira attorno alla Terra. \u00c8 come se cadesse di continuo senza per\u00f2 mai spataccarsi<\/em> sulla Terra.<\/p>\n\n\n\n

Bene, abbiamo capito perch\u00e9 la stazione spaziale ruota incessantemente attorno alla Terra senza il bisogno di accendere i motori: \u00e8 grazie alla forza di gravit\u00e0 della Terra (e alla sua grande velocit\u00e0). Se a quella quota la forza di gravit\u00e0 terrestre non arrivasse, la stazione spaziale non potrebbe percorrere nessuna orbita, se ne andrebbe per i fatti suoi e addio Cristoforetti. Avete presente quando David Bowie in Space Oddity<\/a> canta “Ground control to major Tom”? Uguale.<\/p>\n\n\n\n

Quindi, riassumendo, in qualunque istante, sulla stazione orbitale e sui suoi occupanti agisce costantemente una forza, la forza di gravit\u00e0, diretta verso il centro della Terra. Esattamente come quando siamo seduti in salotto, solo il 10% pi\u00f9 debole. E allora perch\u00e9 gli astronauti galleggiano se la forza di gravit\u00e0 c’\u00e8 sempre?<\/p>\n\n\n\n

Immaginiamo di essere dentro la stazione spaziale. Siccome ci stiamo muovendo di moto circolare, \u00e8 come se stessimo in una giostra. E quindi su di noi agisce una forza centrifuga, e come quando giriamo sulla giostra (che \u00e8 il passatempo preferito dei fisici dopo precipitare negli ascensori), sentiamo una forza che ci spinge fuori, distante dal centro di rotazione. \u00c8 un effetto cosiddetto “inerziale”, cio\u00e8 il risultato del fatto che ci stiamo muovendo di moto accelerato4<\/a><\/sup>Il moto circolare \u00e8 un moto accelerato.<\/span> con accelerazione diretta verso il centro della Terra. \u00c8 lo stesso tipo di forza inerziale che ci attrae allo schienale dell’aereo quando l’aereo accelera alla partenza. L’aereo accelera in avanti, noi sentiamo una forza che tira indietro. L’astronauta allo stesso modo sente una forza inerziale che lo spinge fuori, lontano dalla Terra, mentre l’accelerazione di gravit\u00e0 punta verso il centro della Terra. Stessa cosa, identica.<\/p>\n\n\n\n

Allora adesso guardiamo cosa succede al nostro astronauta. Immaginiamo per prima cosa di essere un alieno che lo scruta dallo spazio. Il nostro ET vedr\u00e0 l’astronauta ruotare attorno alla Terra e, essendo espertissimo di gravitazione universale (che gli extraterrestri studiano gi\u00e0 alla materna) concluder\u00e0 che \u00e8 normale, dato che c’\u00e8 la forza di gravit\u00e0 della Terra che lo sta attirando verso il centro della Terra stessa, forza che quindi \u00e8 la causa stessa del moto circolare. Esattamente come gli spiegava la sua mamma prima di dargli il bacino della buona notte.<\/p>\n\n\n\n

Adesso invece immaginiamo di essere l’astronauta. Su di lui agisce la forza di gravit\u00e0, che punta istante per istante sempre verso il centro della Terra, ma anche, istante per istante, la forza centrifuga, che punta in direzione esattamente opposta, essendo una forza inerziale. E queste due forze, opposte in segno, hanno esattamente lo stesso valore. Una tira verso la terra, l’altra spinge verso fuori, e quindi si annullano.
Ma questo di per s\u00e9 non ha niente di speciale, in quanto la forza centrifuga \u00e8 per definizione uguale e opposta alla forza che causa la rotazione (in questo caso la forza di gravit\u00e0 che attira l’astronauta alla terra). La cosa veramente speciale \u00e8 che anche l’accelerazione di gravit\u00e05<\/a><\/sup>Quella che quando siamo sulla superficie terrestre chiamiamo “g”.<\/span> e l’accelerazione centrifuga, cio\u00e8 il risultato della forza centrifuga, non dipendono dalla massa dell’astronauta, e quindi sono perfettamente uguali e opposte.
E il fatto che non dipendano dalla massa del corpo si traduce nel fatto che ogni oggetto attorno all’astronauta, indipendentemente dalla sua massa, subir\u00e0 la stessa sorte. Dal pavimento della stazione spaziale, all’astronauta, al suo spazzolino da denti, l’accelerazione imposta dalla forza di gravit\u00e0 verso il centro della Terra \u00e8 esattamente uguale e opposta all’accelerazione centrifuga che punta verso fuori, lontano dal centro della Terra. Ed ecco spiegato il galleggiamento: ogni oggetto attorno all’astronauta accelera verso la terra a causa della forza di gravit\u00e0 e allo stesso tempo viene respinto dall’accelerazione centrifuga allo stesso modo. E il risultato \u00e8 che nello spazio possiamo lasciare andare uno Swarowski senza preoccuparci di dover raccogliere i cocci.<\/p>\n\n\n\n

E invece un astronauta in viaggio verso la Luna, perch\u00e9 galleggia?<\/h2>\n\n\n\n

In quel caso non sta ruotando attorno a niente! Beh, \u00e8 sempre per lo stesso motivo.
Nel viaggio dalla Terra alla Luna i motori dell’Apollo erano sempre spenti, salvo per piccoli brevissimi ritocchi della traiettoria. Cos\u00ec come in qualunque viaggio di qualunque sonda spaziale mandata su Saturno o su Plutone, i motori vengono accesi solo per brevissimi istanti. Tutto il resto lo fa la forza di gravit\u00e0.
Dalla Terra alla Luna l’Apollo, dotato di sufficiente velocit\u00e0 iniziale, (e per raggiungere quella velocit\u00e0 servivano i motori) “cade” continuamente verso la Luna, attratto dalla sua forza di gravit\u00e0, o degli altri pianeti. Il solito alieno nello spazio, guardando la navicella Apollo andare dalla Terra alla Luna, vedrebbe una navicella in caduta libera verso la Luna, a causa del campo gravitazionale lunare. La vedrebbe accelerare verso la Luna, esattamente come previsto dalla teoria di Newton.<\/p>\n\n\n\n

Ma adesso andiamo a vedere cosa succede dentro la navicella spaziale mentre cade verso la Luna. L’astronauta sente una forza di gravit\u00e0 che lo tira verso la Luna. Sta accelerando verso di essa! Ma sentir\u00e0 anche una forza di inerzia che lo spinge indietro. Il solito effetto inerziale che sentiamo ad esempio al decollo dell’aereo. E queste due accelerazioni sono uguali e opposte. E lo stesso accadr\u00e0 per tutto quello che si trova attorno a lui: il cruscotto dell’astronave, il manuale di bordo, la telecamera, tutto.
Quindi anche in questo caso si galleggia alla grande. In qualunque viaggio spaziale si galleggerebbe sempre, escluso quando vengono accesi i motori. In quel caso, per quei brevi istanti, quell’accelerazione aggiuntiva produrra soltanto un effetto inerziale netto, un’accelerazione extra che verr\u00e0 percepita come una forza netta diversa da zero.<\/p>\n\n\n\n

Adesso per\u00f2 chiediamoci la vera domanda, quella attorno a cui finora abbiamo girato attorno facendo finta di niente: perch\u00e9 l’accelerazione con cui cade l’astronauta \u00e8 esattamente uguale all’accelerazione inerziale? L’accelerazione gravitazionale \u00e8 il risultato di un’attrazione fra masse, la terra e l’astronauta. \u00c8 il risultato di una forza che ha origine dalla capacit\u00e0 che hanno le masse di attrarsi vicendevolmente, e che deriva dal fatto che l’astronauta e la Luna hanno una propriet\u00e0, che chiamiamo “massa” che attrae qualunque altra “massa”. Potremmo chiamarla “carica gravitazionale”. \u00c8 la “massa” che entra nella legge di Newton della gravitazione universale.6<\/a><\/sup>Prodotto delle “masse” diviso la loro distanza al quadrato.<\/span>
La seconda \u00e8 invece un effetto inerziale, \u00e8 il risultato del fatto che l’astronauta ha una propriet\u00e0, anche essa chiamata “massa”, ma che \u00e8 una cosa del tutto diversa dalla capacit\u00e0 di attrarsi con altre masse, e che potremmo chiamarea “inerzia” o come ci pare. L’inerzia \u00e8 la capacit\u00e0 di opporsi, di “resistere” a variazioni di velocit\u00e0 (cio\u00e8 alle accelerazioni). \u00c8 la “massa” (chiamata anche “massa inerziale”) che entra nella formula F = ma<\/strong>, la celebre seconda legge della dinamica.<\/p>\n\n\n\n

Quindi, sebbene le chiamiamo entrambe “massa”, esse sono due cose concettualmente diverse. La natura per\u00f2 ha reso queste due quantit\u00e0 uguali, o meglio proporzionali. Per cui il risultato \u00e8 che gli astronauti galleggiano nello spazio, perch\u00e9 \u00e8 vero che l’astronauta, il suo spazzolino da denti e l’intera stazione spaziale hanno masse gravitazionali molto diverse fra loro, e quindi sentono forze gravitazionali molto diverse, ma hanno anche masse inerziali proporzionalmente diverse, e quindi sperimentano anche forze inerziali proporzionalmente diverse, tanto da compensarsi perfettamente.<\/p>\n\n\n\n

Se la massa inerziale non fosse proporzionale alla massa gravitazionale, questa compensazione perfetta non avverrebbe, e gli astronauti non galleggerebbero, e dovrebbero stare ben attenti a lasciar andare i bicchieri mentre sorridono alla telecamera. Senza questa uguaglianza due corpi diversi, posti in un campo gravitazionale, avrebbero due accelerazioni diverse e cadrebbero in modo diverso.<\/p>\n\n\n\n

Se ad esempio la forza di gravit\u00e0 agisse – mettiamo caso – sul numero di protoni contenuti in un corpo, questa compensazione perfetta non avverrebbe, perch\u00e9 corpi con la stessa massa hanno in genere numero di protoni diversi, e quindi sentirebbero accelerazioni “gravitazionali” diverse (a seconda del numero di protoni) ma accelerazioni inerziali uguali (stessa massa inerziale). Il risultato sarebbe, tanto per dirne una, che Galilei, lanciando le pietre dalla torre di Pisa (che poi pare che non sia vero niente che passasse i pomeriggi in questo modo) ci avrebbe capito poco o niente di come cadono i corpi.<\/p>\n\n\n\n

Invece \u00e8 grazie a questa casuale equivalenza (ma siamo sicuri che sia casuale?) che, se ci dovesse capitare di precipitare in un ascensore in caduta libera, mentre tutti gli altri verrebbero stupidamente presi dal panico, noi potremmo lasciarci andare alla magnifica sensazione indotta dall’assenza totale di peso, approfittandone per fare meravigliosi esperimenti di fisica. Per pochi secondi, certo, ma si sa che bisogna saper cogliere al volo gli attimi belli della vita.<\/p>\n\n\n\n

Ah, per inciso, questa uguaglianza “casuale” fra massa inerziale e massa gravitazionale \u00e8 alla base della teoria della relativit\u00e0 generale<\/a> di Einstein, una delle pi\u00f9 incredibili e innovative teorie – oggi ampiamente confermata dagli esperimenti – che sia mai stata pensata da mente umana. Una uguaglianza sotto gli occhi di tutti, che ha scoperchiato un mondo incredibile e inaspettato. E pensare che c’\u00e8 gente che cerca lo stupore in ci\u00f2 che non esiste, quando un sasso che cade nasconde cose incredibili!<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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