02 - Le 4 forze.
Premettiamo che la scienza non dà certezze ma esprime ipotesi.
Lo scienziato non fa mai mai affermazioni circa la natura, l'essenza (supposto che esista), degli
oggetti che costituiscono il cosmo, ma può solo misurare le grandezze fisiche (posizione, velocità,
massa, forza, energia ecc.) che li caratterizzano e come queste grandezze sono in relazione le une
con le altre.
Lo scopo della scienza è quindi di misurare le grandezze fisiche relative ai fenomeni e di trovare
teorie e leggi matematiche che ne mettano in evidenza le mutue relazioni.
Tutto ciò si effettua tramite esperimenti ripetibili e va sotto il nome di "metodo scientifico" (scoperto
da Galileo).
Detto questo, possiamo affermare che a tutt'oggi si ipotizza che nel cosmo agiscano 4 tipi di forze :
la forza gravitazionale
la forza elettromagnetica
la forza nucleare debole
la forza nucleare forte.
Tutti i fenomeni noti, dal microcosmo al macrocosmo, si spiegano grazie all'azione di queste forze.
Stelle, galassie, pianeti, l'universo nel suo insieme ma anche i corpi attorno a noi e noi stessi, tutto,
insomma, dall'infinitamente grande all'infinitamente piccolo è il prodotto dell'azione di queste forze.
Abbiamo detto "a tutt'oggi" perché la scienza è in continua evoluzione e può succedere benissimo che
ciò che sembrava assolutamente radicato e consolidato (a livello di teorie e ipotesi) debba essere
profondamente modificato domani alla luce di nuove scoperte.
Ciò è successo molte volte in passato e succederà sicuramente anche in futuro.
Infatti, da poco tempo, stando alle ultime osservazioni astronomiche sulle galassie eseguite dai satelliti
artificiali fuori dall'atmosfera (e quindi più precise), sembra che la gran parte della massa e dell'energia
dell'universo sia nascosta e di natura ancora sconosciuta. Sembra che la parte di universo che noi
percepiamo sia solo pari a pochi punti percentuali del totale.
Siamo forse alla vigilia di nuove sensazionali scoperte che ci faranno radicalmente modificare le idee
che abbiamo oggi circa l'universo.
Passiamo ora in rassegna brevemente alle forze oggi conosciute.
03 - La forza gravitazionale.
Un corpo attira un altro corpo con una forza direttamente proporzionale alla massa (quantità di
materia) dei corpi ed inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza.
( M è la massa del primo corpo, m è la massa del secondo corpo ed F è la forza gravitazionale
attrattiva fra i due corpi).
Se il corpo M attira il corpo m gravitazionalmente con una certa forza F , il corpo m attirerà il
corpo M con la stessa forza.
Direttamente proporzionale alla massa significa che raddoppiando la massa di un corpo, la forza
gravitazionale raddoppia, triplicando la massa, la forza triplica ecc.
Inversamente proporzionale al quadrato della distanza significa che se la distanza raddoppia, la forza
gravitazionale diventa un quarto, se triplica, la forza diventa un nono. Viceversa, se la distanza si
dimezza, la forza diventa quadrupla ecc.
La forza gravitazionale è sempre attrattiva ed è molto debole.
Possiamo intuire quanto sia debole, considerando che l'intera Terra, che ha un raggio di oltre 6.000 Km,
mi attrae a sé con una forza, il mio peso, che posso considerare, tutto sommato, molto piccola, se rapportata
alla massa della Terra.
La Terra attira a se ogni corpo, ma anche i corpi "piccoli" della nostra esperienza quotidiana si attirano
gravitazionalmente fra loro, anche se noi non ce ne accorgiamo, perché tale forza è molto debole. Solo
con esperimenti molto sensibili possiamo per esempio accorgerci della debole forza gravitazionale fra
me ed il mio computer su cui sto scrivendo !.
La forza gravitazionale fa sì che la terra ruoti attorno al sole e che la luna ruoti attorno alla terra. La
luna, poi, esercita una notevole forza gravitazionale sugli oceani terrestri generando le maree. Anche
le rocce solide risentono dell'attrazione lunare e si hanno così le maree terrestri (sono fenomeni molto
deboli).
La forza gravitazionale, essendo attrattiva, è sempre presente e costituisce la forza che "tiene insieme"
l'universo.
04 - La forza elettromagnetica.
Oggi si riconosce che la materia di cui è costituito l'universo è formato da atomi.
Il filosofo greco Democrito, nel quinto secolo a.C., per primo ipotizzò che la materia fosse costituita
da particelle indivisibili, gli atomi, appunto, (a-temno in greco significa che non si può tagliare).
L'ipotesi atomistica però fu abbandonata per oltre due millenni perché Aristotele (il filosofo le cui
idee sulla fisica furono adottate dalla Chiesa) abbracciò l'ipotesi che la materia fosse continua, non
corpuscolare.
Ancora all'inizio del '900 vi erano molti scienziato che non credevano all'ipotesi atomistica. Oggi,
sono tali e tante le conferme alla teoria atomica della materia che nessun scienziato le mette più in
discussione. A differenza di Democrito, però, oggi si sa che l'atomo è costituito da altri componenti
(particelle) e che esso può essere diviso.
Un atomo è formato da un nucleo carico di elettricità positiva e da cariche negative che gli ruotano
attorno.
Le cariche positive e quelle negative si eguagliano perfettamente in numero e grandezza.
Cariche elettriche di ugual segno si respingono, cariche elettriche di segno opposto si attirano.
Le particelle cariche positivamente presenti nel nucleo di ogni atomo sono i protoni, mentre le
particelle cariche negativamente sono gli elettroni. Un protone è molto più pesante di un elettrone
(circa 2000 volte) per cui il nucleo, più pesante, sta al centro mentre gli elettroni gli ruotano attorno.
Il numero dei protoni normalmente eguaglia il numero degli elettroni.
Per questo motivo la materia è normalmente elettricamente neutra (e questo è una grande fortuna,
perché se no verremmo sbalzati da tutte le parti !!!).
La forza elettriche che si instaurano fra le cariche è molto più forte della forza gravitazionale. Tutti
sappiamo che, per esempio, strofinando un oggetto di plastica esso si elettrizza ed attira a sé piccoli
corpi con una forza bene rilevabile.
I corpi materiali, essendo costituiti da atomi, sono allora elettricamente neutri ma, poiché gli elettroni
che ruotano attorno ai nuclei possono essere, per la loro leggerezza, sbalzati via dagli atomi a cui
appartengono o possono aggiungersi ad altri atomi, detti corpi possono essere caricati elettricamente.
Questo processo si chiama ionizzazione : quando un atomo perde uno o più elettroni diventa carico
positivamente mentre quando acquista uno o più elettroni diventa carico negativamente.
Come si può notare, abbiamo parlato di cariche elettriche senza dire cosa esse sono. La scienza non
si occupa di dice "cosa sono" le cose, ma semplicemente di come "funzionano". Abbiamo quindi introdotto
l'esistenza di cariche elettriche positive e negative dicendo come si comportano (in termini di attrazione e
repulsione) e come esse si aggregano per costituire gli atomi.
Un'altra fondamentale proprietà delle cariche elettriche è quella di generare onde elettromagnetiche.
Immaginiamo una carica elettrica in movimento accelerato (a velocità variabile), per esempio, oscillante.
Essa emette nello spazio attorno a sé un campo elettromagnetico che si propaga con la velocità della
luce (circa 300.000 chilometri al secondo).
Supponiamo che ad una certa distanza dalla prima ci sia un'altra carica elettrica. Essa verrà messa
in movimento (oscillante) dalle onde elettromagnetiche che la investono e che provengono dalla
prima carica che le ha generate.
Su questo fenomeno è fondato il funzionamento di radio, tv, telefoni cellulari ecc.
La carica che emette le onde elettromagnetiche funge da antenna trasmittente, quella che riceve funge
da antenna ricevente.
Le onde elettromagnetiche furono previste teoricamente da Maxwell nella seconda metà dell' '800 e
verificate sperimentalmente da Hertz.
Un'onda elettromagnetica si caratterizza per la sua frequenza che si misura in Hertz (Hz). Un Hz significa
che l'onda oscilla una volta al secondo, un MHz (megahertz) significa che oscilla un milione di volte al
secondo, un GHz (gigahertz) significa che oscilla un miliardo di volte al secondo.
Le onde elettromagnetiche, da frequenze basse a frequenze alte, sono le seguenti :
onde lunghe radio (telecomunicazioni)
onde medie radio (telecomunicazioni)
onde corte radio(telecomunicazioni)
microonde (telecomunicazioni, radar, forni)
raggi infrarossi (forni, fotocellule, telecomandi, sono emessi da ogni corpo caldo)
luce visibile dal rosso al violetto (vengono captate dalla nostra retina)
raggi ultravioletti (radiazioni pericolose provenienti dal sole)
raggi X (analisi radiologiche, tac, sono radiazioni molto pericolose)
raggi gamma (provenienti dalle reazioni nucleari, sono radiazioni estremamente pericolose).
Fine.