Qui, sul pallido punto azzurro che chiamiamo casa, la gravità è qualcosa che tutti noi sperimentiamo ogni secondo di ogni giorno. E ne siamo molto più consapevoli grazie alla Legge della gravitazione universale di Newton .
"La gravità è il collante che fa sì che la materia diffusa tra le stelle collassi lentamente e formi nuove macchine per la fusione dell'idrogeno (ovvero le stelle)", afferma Cara Battersby, astrofisica dell'Università del Connecticut. "È il collante che tiene insieme le galassie ed è responsabile del fatto che la nostra Terra orbita attorno al sole ogni anno."
La gravità è stata anche l'attore chiave nella famosa storia della "mela" di Sir Isaac Newton. Un giorno, Newton era nel Lincolnshire, in Inghilterra, quando vide una mela cadere da un albero - o almeno così affermò. Negli anni a venire, avrebbe raccontato a molti conoscenti, come Voltaire e al biografo William Stukeley, che i suoi grandi scritti sulla natura della gravità erano stati ispirati da questo piccolo evento banale.
Pertanto, furono gettate le basi per la Legge di Gravitazione Universale di Newton, al centro della quale c'è un fenomeno chiamato costante gravitazionale universale, ovvero:"Grande G" o semplicemente "G". In questo articolo esploreremo la legge universale di Newton, i conflitti proposti dalla teoria di Albert Einstein e la forza gravitazionale stessa.
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Molto si è detto di quella mela minacciosa nel ricordo di Newton. Anche se il famoso fisico raccontò a Stukeley questo aneddoto decenni dopo che presumibilmente si era verificato, molti accademici hanno messo in dubbio la storia. In ogni caso, il vero intrigo della legge universale di Newton non è se la mela lo abbia colpito o meno, ma che la forza che agisce sulla mela l'ha fatta cadere dritta.
Come scrisse l'assistente di Newton, John Conduitt:
[Gli] gli venne in mente che la stessa forza di gravità (che fa cadere una mela dall'albero a terra) non è limitata ad una certa distanza dalla Terra ma deve estendersi molto più lontano di quanto si pensasse abitualmente — Perché non è alto quanto la luna, si disse, e se è così questo deve influenzare il suo movimento e forse mantenerla nella sua orbita .
Cominciando dall'inizio. Prima di affrontare il Grande G, dovremmo fare un passo indietro e spiegare l'equazione della gravitazione universale della legge di Newton. Questa equazione continua ad avere enormi ramificazioni sul modo in cui vediamo il campo gravitazionale che ci tiene fissati alla superficie terrestre.
Come dice via e-mail Katie Mack, astrofisica e autrice di "The End of Everything (Astrophysically Speaking)", la gravità è "il meccanismo attraverso il quale le cose che hanno massa sono attratte l'una dall'altra". Newton fu il primo a chiarire che gli oggetti esercitano influenze gravitazionali.
Newton ne capì la forza di questa attrazione gravitazionale tra un dato insieme di oggetti dipende da (a) quanto sono massicci e (b) quanto sono distanti. Un principio chiave è la legge dell’inverso del quadrato, secondo la quale la forza gravitazionale esercitata è inversamente proporzionale alla distanza tra gli oggetti. È una dinamica che la sua Legge di Gravitazione Universale traduce in termini matematici.
Ecco l'equazione pertinente:
F =(G x m1 x m2) / r2La "F" sta per "forza di gravità"; "m1" indica la massa del primo oggetto; "m2" indica la massa del secondo oggetto; e "r2" è un'abbreviazione per la distanza al quadrato tra i centri di massa all'interno dell'oggetto uno e dell'oggetto due. E la "G"? Bene amici, questa è la Grande G:la costante gravitazionale.
"Per due masse qualsiasi, siano esse palle da bowling o pianeti, la forza gravitazionale tra di loro è determinata dalle loro masse, dalla loro distanza e dal numero G", afferma Mack. Grazie agli esperimenti condotti da Henry Cavendish nel 1790, ora sappiamo che la costante gravitazionale ha un valore numerico di circa 6,67 x 10 -11 Newton (m2/kg2).
In questo contesto il termine "Newton" si riferisce ad un'unità di misura. Un Newton è la quantità di forza necessaria per accelerare qualcosa con la massa di 2,2 libbre (1 chilogrammo) a 3,28 piedi (1 metro) al secondo. (Come Anders Celsius e Charles F. Richter, Sir Isaac Newton si è guadagnato un posto nella decantata lista degli scienziati a cui sono state intitolate unità in loro onore.)
Ora, c'è uno strato di sfumatura che dovremmo riconoscere qui. Vedete, la Legge della Costante Gravitazionale Universale non è del tutto "universale" come suggerisce il nome. Secondo Battersby, "la nostra immagine classica della gravità" - formulata da Newton nel XVII secolo - è "un'approssimazione accurata della realtà della fisica nella maggior parte dei luoghi dell'intero universo (certamente sulla Terra)."
"Tuttavia", aggiunge, "questa teoria è stata sostituita dalla Teoria della Relatività Generale di Einstein, che è un miglioramento della "gravità newtoniana", che presuppone che la materia deforma lo spazio-tempo stesso (come una palla pesante che crea una fossetta su una superficie di gomma). foglio)."
Questo ci porta ai buchi neri. Capaci di diventare più di un milione di volte più massicci del nostro Sole, i buchi neri influenzano la gravità in modi che la legge di Newton non riesce proprio a spiegare. È stato dimostrato che la Relatività Generale fa previsioni più accurate su di essi.
"Bisogna iniziare ad apportare correzioni al fatto che la descrizione della gravità di Newton non funziona esattamente per gravità estremamente forte o movimento molto veloce", afferma Mack. "In questi casi, dobbiamo passare all'immagine della gravità di Einstein... Ma finché non stai osservando uno di quei casi estremi, l'equazione che Isaac Newton scrisse nel 1686 per quella che chiamò "la Legge della La Gravitazione Universale' è davvero universale."
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Questo è interessanteIl racconto di Sir Isaac Newton sul melo potrebbe avere un fondamento di verità. In ogni caso, l'affermazione secondo cui fu colpito alla testa da un frutto caduto è considerata un abbellimento moderno.
