Alla scoperta della fisica...

In questo sito desidero introdurvi nello straordinario mondo della fisica. Per il momento, mi concentrerò soltanto sulle forze fondamentali: la forza gravitazionale, la forza elettromagnetica, la forza nucleare forte e la forza nucleare debole, le quali sono dette a distanza poichè agiscono tra due corpi senza toccarsi.

Il fine di questo sito è di spiegare in maniera chiara e semplice le forze fondamentali, magari anche cercando di farvi appassionare a questa materia. Non mancheranno, di certo, video, un power point conclusivo, immagini e test per capire e approfondire maggiormente i contenuti.

Buona lettura

La forza gravitazionale

Che cos'è?

La gravità è una forza di attrazione che esiste tra due qualsiasi masse, corpi o particelle. La sua manifestazione è la forza-peso (forza che il campo gravitazionale esercita su una massa verso il centro della terra)

Chi l'ha scoperta?

Isaac Newton (1642 - 1727) scoprì che per cambiare la velocità o la direzione del moto di un oggetto è necessaria una forza. Si rese anche conto che la forza chiamata "gravità" è responsabile della caduta di una mela dall'albero, e del fatto che uomini e animali vivono sulla superficie del nostro pianeta in rotazione senza esserne scagliati via. Dedusse quindi che l'attrazione gravitazionale esiste fra tutti i corpi.

Le "leggi" di Newton sulla gravità sono descrizioni matematiche del modo in cui i corpi si attraggono l'un l'altro, basate su molte osservazioni ed esperimenti scientifici. La legge di Newton dice che la forza gravitazionale che si esercita fra due oggetti qualsiasi è proporzionale al prodotto delle loro masse (m₁ e m₂ ), e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza (r). In formula:

F=Gm₁m₂ / r²,

dove G è chiamata Costante Gravitazionale e vale 6,6726 x 10^-11 m³ kg^-1 s^-2.

L'effetto della gravità si estende da ogni corpo in tutte le direzioni dello spazio, fino a distanza infinita. Tuttavia, la sua intensità si riduce molto velocemente all'aumentare della distanza. Gli esseri umani non si rendono conto dell'attrazione gravitazionale del Sole su di loro, perché alla distanza della Terra dal Sole essa è piccolissima. Tuttavia è la gravità solare che mantiene la Terra nella sua orbita ! Non ci rendiamo nemmeno conto dell'attrazione della gravità lunare sui nostri corpi, ma essa è responsabile delle maree oceaniche.

Forza elettromagnetica

Che cos'è?

L'interazione tra elettroni e nucleo.

La forza elettromagnetica, dal punto di vista della fisica delle particelle, non è altro che un incessante scambio di fotoni fra elettroni e nucleo.

La forza elettromagnetica è la stessa responsabile dei fenomeni elettrici e magnetici.

In effetti, elettricità e magnetismo sono due facce della stessa medaglia ed entrambi i fenomeni hanno un campo d’azione (ossia esiste un’area entro la quale si sentono i loro effetti), che può variare nel tempo. Dove c’è un campo elettrico variabile nel tempo, si genera un campo magnetico e, viceversa, se un campo magnetico non è costante nel tempo allora produce un campo elettrico. Possiamo accorgerci di questo fenomeno facendo scorrere un magnete all’interno di un bobina di filo conduttore: in questo modo si genera una corrente elettrica che corre lungo il filo e può essere utilizzata per fare accendere una lampadina. È il principio della dinamo.

Una particella carica che si trovi a passare in una zona di spazio dove sia presente un campo elettrico E e un campo magnetico B risente sia della forza elettrica, sia della forza magnetica. La forza totale è detta forza elettromagnetica (o forza di Lorentz).

F_{elettromagnetica} = q E + q v x B

Notiamo che, nell'espressione della forza elettromagnetica, compare la velocità che è una grandezza relativa al sistema di riferimento. Poiché, per il principio di relatività, le leggi fisiche non dipendono dal sistema di riferimento, questo sembra essere un punto di crisi: nei sistemi di riferimento in cui la carica è in moto, essa è sottoposta alla forza magnetica, in quello solidale ad essa, questa forza sembra scomparire.
Con la relatività di Einstein si vedrà che anche i campi elettrici e magnetici dipendono dal sistema di riferimento e che possono trasformarsi l'uno nell'altro, essendo parte di un'unica realtà, il campo elettromagnetico.

Rispetto a quella gravitazionale, la forza elettromagnetica è enormemente più intensa (dell'ordine di 10³⁷).
La forza elettromagnetica interessa solamente le particelle dotate di carica elettrica.

Chi l'ha scoperta?

Michael Faraday, nella prima metà dell’Ottocento, a svolgere i primi esperimenti sull’“induzione elettromagnetica”, cioè sulla produzione di corrente elettrica grazie al magnetismo, chiarendo così il legame fra i due fenomeni.

Forza nucleare debole

La forza nucleare debole è l'unica forza che agisce sulle coppie di particelle elementari. Ha raggio d'azione breve ed è 100.000 volte più debole della forza forte. Questa forza non è in grado di tenere unite delle particelle e, data la sua debolezza, permette al neutrone di scindersi in un protone, elettrone e neutrino (decadimento beta).

Forza nucleare forte

La forza nucleare forte tiene uniti i protoni ed i neutroni all'interno del nucleo di un atomo. La forza elettromagnetica tende a far allontanare le particelle con carica uguale(protoni), ma la forza forte anche se ha un raggio d'azione breve riesce a vincere questa repulsione e tiene il nucleo unito. All'interno dei nucleoni i quark vengono tenuti ben saldati da questa forza, che è la più forte di tutte, scambiandosi le particelle virtuali che fungono da mediatori.