14/07/16

I Racconti di Ciccio e Astericcio - Appendice alla 4° puntata: CADUTA LIBERA E ASSENZA DI PESO

Questo articolo è stato inserito nella pagina d'archivio "La caduta libera" compresa nelle sezioni "Dinamica e meccanica" e "Relatività Generale"

 

Dopo non poche perplessità ed esitazioni, Ciccio è riuscito a comprendere talmente bene la spiegazione di PapalScherzone su come mai Astericcio & co. stavano fluttuando in assenza di peso nella papalastronave, che ha deciso di approfondire l’argomento e ci ha chiesto di scrivere questa appendice dedicata a chi, come lui, è curioso e vuole saperne di più. Ed era talmente entusiasta che ha insistito per prendere parte attiva agli esperimenti che ora andremo ad analizzare (ma state tranquilli… lo abbiamo fatto saltare da una piccola altezza, in modo che non corresse il rischio di farsi male!).

 

caduta libera2

ESPERIMENTO 1

Il nostro coraggioso Ciccio si lascia andare in caduta libera e, contemporaneamente, lascia la pallina che teneva in mano: entrambi cadono alla stessa velocità (la massima possibile senza utilizzare motori che li spingano) e, quando i piedi di Ciccio toccano terra, la pallina si trova, rispetto a lui, alla stessa altezza che aveva quando l’ha lasciata (accanto alla sua mano). Ricordiamo che, secondo il principio di equivalenza, una pallina di piombo e una piuma devono arrivare al suolo contemporaneamente, se partono dalla stessa altezza (come verificato dagli astronauti sulla Luna); la velocità finale è la stessa, dato che l’accelerazione che subiscono non dipende dalla loro massa. L’ascensore, trattenuto dalle corde, ha una velocità inferiore a quella di caduta di libera e impiega più tempo a percorrere lo stesso tragitto.

 

ESPERIMENTO 2

Ciccio  entra nell'ascensore con la pallina in mano e la lascia andare: entrambi vorrebbero muoversi alla massima velocità (uguale per entrambi per il principio di equivalenza) dovuta alla gravità, ma il pavimento dell'ascensore li blocca. Ciccio già tocca il pavimento e non si muove, mentre la pallina riesce a cadere per un po' fino a che tocca anche lei il pavimento

 

ESPERIMENTO 3

Viene tagliata la corda dell’ascensore ed esso cade come qualsiasi altra cosa per effetto della gravità. Quindi, se Ciccio ha i piedi appoggiati al pavimento dell’ascensore fin dall'inizio, non si muove rispetto ad esso. Ma osserviamo cosa accade alla pallina: nel momento in cui l’ascensore inizia la caduta libera, essa viene lasciata andare ad una certa altezza dal pavimento, pertanto è libera di andare alla massima velocità. Ma lo stesso fa il pavimento dell'ascensore (per il principio di equivalenza, cade alla stessa velocità di Ciccio e della pallina, anche se è molto più pesante) e quindi la pallina resta sempre alla stessa altezza da esso. Per Ciccio, la pallina sembra restare sospesa a mezz'aria, fino a quando l’ascensore avrà raggiunto terra: la pallina ha fluttuato in assenza di peso (e anche Ciccio avrebbe potuto farlo se solo avesse fatto un piccolo salto durante la discesa dell’ascensore).

 

Tutto chiaro? Sì, ma cosa c’entra la caduta libera dell’ascensore con gli astronauti che fluttuano nella navicella spaziale in assenza di peso?

C’entra perché anche la navicella è in caduta libera in quanto soggetta, come l’ascensore, solo alla forza di gravità, come tutti i suoi occupanti. Ma non cade sulla Terra perché la velocità alla quale viaggia dà origine ad una forza uguale e contraria a quella di gravità: la forza centrifuga.

Come gli occupanti dell’ascensore, anche quelli della navicella cadono, ma la speciale “corda centrifuga” li tiene sempre alla stessa distanza dalla Terra, così come la pallina lasciata andare da Ciccio rimane sempre alla stessa altezza dal pavimento dell’ascensore.

E’ bene soffermarci un attimo su questa frase “la navicella è in caduta libera in quanto soggetta, come l’ascensore, solo alla forza di gravità, come tutti i suoi occupanti”… non credete a chi dice che gli astronauti provano l’assenza di peso perché sono in assenza gravità! La gravità c’è, eccome se c’è! Infatti un corpo dotato di una certa massa (in questo caso la nostra Terra) è come un ragno che tende la propria ragnatela e che non aspetta altro che “catturare” un altro corpo per farlo cadere. Questa ragnatela si chiama campo gravitazionale e, grazie ad esso, la capacità del primo corpo di attirare il secondo sarà tanto più grande quanto maggiore è la massa del primo e quanto minore è la distanza tra i due. Il secondo corpo potrà opporsi alla caduta aumentando la propria velocità.

E non dimentichiamoci che anche il corpo più piccolo ed apparentemente insignificante ha la sua ragnatela gravitazionale ed attrae il corpo più grande… peccato che nessuno se ne accorga, perché l’attrazione esercitata è talmente piccola che non può essere misurata, ma c’è!  Se non ci credete, chiedetelo alla famosa mela che, secondo la leggenda, cadde sulla testa di Newton: lei era attratta dalla Terra, ma anche la Terra era attratta da lei! Un’attrazione fatale di cui, per nostra fortuna, fece le spese il povero Newton!!

Cerchiamo di comprendere, infine, come mai non fluttuano i passeggeri che viaggiano a bordo di un’auto alla sua stessa velocità. Essi, compresa l’auto, sono soggetti alla gravità che li schiaccia verso terra. Se Ciccio lascia andare la sua pallina all’interno di un’auto in movimento, questa, invece di fluttuare, cade sul pavimento dell’auto sotto l’effetto della gravità. Ma, se l’auto corresse sulla superficie di una grande sfera completamente liscia, senza né attriti né ostacoli, potrebbe raggiungere una velocità tale da far nascere una corda "centrifuga" uguale e contraria a quella di gravità: la pallina resterebbe sospesa e avremmo un “satellite artificiale” ad altezza quasi zero da questa sfera!

 

QUI il principio di equivalenza einsteiniano spiegato in modo serio, QUI la "vera storia" (si fa per dire...) di come il piccolo Einstein provava a verificare sperimentalmente l'assenza di peso in caduta libera.

I super-curiosoni che desiderano approfondire ulteriormente questo argomento e non si spaventano di fronte all’uso di una matematica elementare, possono farlo QUI. E chi desidera qualche suggerimento da PapalScherzone su come divertirsi grazie alla forza centrifuga, oltre ad una semplice spiegazione alla portata di tutti, può trovarlo QUI e QUI

Tutti i racconti di Ciccio e Astericcio sono disponibili nella rubrica ad essi dedicata

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