CHI HA SCOPERTO LA GRAVITà?

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Quattro forze fondamentali governano tutte le interazioni all'interno dell'Universo. Sono forze nucleari deboli, forze nucleari forti, elettromagnetismo e gravità. Di questi, la gravità è forse la più misteriosa. Sebbene sia stato compreso da tempo come questa legge della fisica operi su scala macro - governando il nostro Sistema Solare, le galassie e i supercluster - come interagisce con le altre tre forze fondamentali rimane un mistero.

Naturalmente, gli esseri umani hanno avuto una comprensione di base di questa forza da tempo immemorabile. E quando si tratta della nostra moderna comprensione della gravità, il merito è dovuto a un uomo che ha decifrato le sue proprietà e come governa tutte le cose grandi e piccole - Sir Isaac Newton. Grazie a questo fisico e matematico inglese del 17 ° secolo, la nostra comprensione dell'Universo e le leggi che lo governano sarebbero cambiate per sempre.

Mentre tutti abbiamo familiarità con l'immagine iconica di un uomo seduto sotto un melo e con una caduta in testa, le teorie sulla gravità di Newton rappresentarono anche un culmine di anni di ricerca, che a sua volta si basava su secoli di conoscenza accumulata. Presenterebbe queste teorie nel suo magnum opus, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ("Principi matematici della filosofia naturale"), pubblicato per la prima volta nel 1687.

In questo volume, Newton espose ciò che sarebbe diventato noto come le sue tre leggi del movimento, che erano derivate dalle leggi del movimento planetario di Johannes Kepler e dalla sua descrizione matematica della gravità. Queste leggi getterebbero le basi della meccanica classica e rimarrebbero incontestate per secoli - fino al 20 ° secolo e alla nascita della teoria della relatività di Einstein.

Fisica del 17 ° secolo:

Il 17 ° secolo fu un periodo molto propizio per le scienze, con importanti scoperte avvenute nei campi della matematica, della fisica, dell'astronomia, della biologia e della chimica. Alcuni dei maggiori sviluppi del periodo includono lo sviluppo del modello eliocentrico del Sistema Solare di Nicolaus Copernicus, il lavoro pioneristico con i telescopi e l'astronomia osservativa di Galileo Galilei e lo sviluppo dell'ottica moderna.

Fu anche durante questo periodo che Johannes Kepler sviluppò le sue leggi sul moto planetario. Formulate tra il 1609 e il 1619, queste leggi descrivevano il moto dei pianeti allora noti (Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove e Saturno) attorno al Sole. Hanno dichiarato che:

I pianeti si muovono attorno al Sole a ellissi, con il Sole a un fuoco
La linea che collega il Sole a un pianeta spazza aree uguali in tempi uguali.
Il quadrato del periodo orbitale di un pianeta è proporzionale al cubo (3a potenza) della distanza media dal Sole (o in altre parole - dell'asse semi-maggiore dell'ellisse, metà della somma del più piccolo e massima distanza dal sole).

Queste leggi hanno risolto le restanti questioni matematiche sollevate dal modello eliocentrico di Copernico, eliminando così ogni dubbio che fosse il modello corretto dell'Universo. Lavorando da questi, Sir Isaac Newton iniziò a considerare la gravitazione e il suo effetto sulle orbite dei pianeti.

Le tre leggi di Newton:

Nel 1678, Newton ebbe un completo esaurimento nervoso a causa del superlavoro e di una faida con il compagno astronomo Robert Hooke. Per i prossimi anni, si ritirò dalla corrispondenza con altri scienziati, tranne dove lo iniziarono, e rinnovò il suo interesse per la meccanica e l'astronomia. Nell'inverno del 1680-81, l'apparizione di una cometa, alla quale corrispondeva con John Flamsteed (l'astronomo reale inglese), rinnovò anche il suo interesse per l'astronomia.

Dopo aver esaminato le Leggi del moto di Keplero, Newton sviluppò una dimostrazione matematica che la forma ellittica delle orbite planetarie sarebbe risultata da una forza centripeta inversamente proporzionale al quadrato del vettore del raggio. Newton comunicò questi risultati a Edmond Halley (scopritore della "Cometa di Haley") e alla Royal Society nella sua De motu corporum in gyrum.

Questo tratto, pubblicato nel 1684, conteneva il seme di ciò che Newton si sarebbe espanso per formare il suo magnum opus, il Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Questo trattato, che fu pubblicato nel luglio del 1687, conteneva le tre leggi del movimento di Newton, che affermavano che:

Se visto in un quadro di riferimento inerziale, un oggetto rimane fermo o continua a muoversi a velocità costante, a meno che non venga agito da una forza esterna.
La somma vettoriale delle forze esterne (F) su un oggetto è uguale alla massa (m) di quell'oggetto moltiplicato per il vettore di accelerazione (a) dell'oggetto. In forma matematica, questo è espresso come: F =mun'
Quando un corpo esercita una forza su un secondo corpo, il secondo corpo esercita simultaneamente una forza uguale in grandezza e opposta in direzione sul primo corpo.

Insieme, queste leggi descrivono la relazione tra qualsiasi oggetto, le forze che agiscono su di esso e il moto risultante, gettando le basi per la meccanica classica. Le leggi hanno anche permesso a Newton di calcolare la massa di ciascun pianeta, l'appiattimento della Terra ai poli e il rigonfiamento all'equatore, e in che modo l'attrazione gravitazionale del Sole e della Luna crea le maree della Terra.

Nello stesso lavoro, Newton ha presentato un metodo di analisi geometrica simile a un calcolo usando "primo e ultimo rapporto", elaborando la velocità del suono nell'aria (basata sulla Legge di Boyle), spiegando la processione degli equinozi (che ha mostrato un risultato dell'attrazione gravitazionale della Luna sulla Terra), iniziò lo studio gravitazionale delle irregolarità nel moto della luna, fornì una teoria per la determinazione delle orbite delle comete e molto altro.

Newton e "Apple Incident":

La storia di Newton che si avvicina alla sua teoria della gravitazione universale a seguito di una mela che gli cade in testa è diventata un punto fermo della cultura popolare. E mentre è stato spesso sostenuto che la storia è apocrifa e Newton non ha ideato la sua teoria in nessun momento, lo stesso Newton ha raccontato la storia molte volte e ha affermato che l'incidente lo aveva ispirato.

Inoltre, gli scritti di William Stukeley - un sacerdote inglese, antiquario e membro della Royal Society - hanno confermato la storia. Ma piuttosto che la rappresentazione comica della mela che colpisce Newton sulla testa, Stukeley ha descritto nel suo Memorie della vita di Sir Isaac Newton (1752) una conversazione in cui Newton descrisse come meditare sulla natura della gravità mentre guardava cadere una mela.

“… Siamo andati in giardino e abbiamo bevuto il tè all'ombra di alcuni appletrees; solo lui e il mio io. tra l'altro, mi disse, si trovava proprio nella stessa situazione, come quando in precedenza gli veniva in mente la nozione di gravitazione. "Perché quella mela dovrebbe sempre scendere perpendicolarmente al suolo" pensò tra sé; occasione dalla caduta di una mela ... "

Anche John Conduitt, assistente di Newton alla Royal Mint (che alla fine sposò sua nipote), descrisse di aver ascoltato la storia nel suo resoconto della vita di Newton. Secondo Conduitt, l'incidente ebbe luogo nel 1666 quando Newton stava viaggiando per incontrare sua madre nel Lincolnshire. Mentre serpeggiava nel giardino, contemplava come l'influenza della gravità si estendesse ben oltre la Terra, responsabile della caduta della mela e dell'orbita lunare.

Allo stesso modo, Voltaire ha scritto n suo Saggio sulla poesia epica (1727) che Newton aveva pensato per la prima volta al sistema di gravità mentre camminava nel suo giardino e guardava una mela cadere da un albero. Ciò è coerente con le note di Newton del 1660, che mostrano che era alle prese con l'idea di come la gravità terrestre si estende, in proporzione inversa, alla Luna.

Tuttavia, gli occorrerebbero altri due decenni per sviluppare completamente le sue teorie al punto da poter offrire prove matematiche, come dimostrato nella Principia. Una volta completato, ha dedotto che la stessa forza che fa cadere un oggetto a terra era responsabile di altri movimenti orbitali. Quindi, lo ha chiamato "gravitazione universale".

Si dice che vari alberi siano "il" melo descritto da Newton. La King's School, Grantham, afferma che la loro scuola acquistò l'albero originale, lo sradicò e lo trasportò nel giardino del preside alcuni anni dopo. Tuttavia, il National Trust, che detiene il Woolsthorpe Manor (dove è cresciuto Newton), sostiene che l'albero risiede ancora nel loro giardino. Un discendente dell'albero originale può essere visto crescere fuori dal cancello principale del Trinity College, Cambridge, sotto la stanza in cui Newton viveva quando studiava lì.

Il lavoro di Newton avrebbe un profondo effetto sulle scienze, con i suoi principi che rimarranno canonici per i successivi 200 anni. Informò anche il concetto di gravitazione universale, che divenne il pilastro della moderna astronomia e non sarebbe stato rivisto fino al 20 ° secolo - con la scoperta della meccanica quantistica e la teoria della relatività generale di Einstein.

Abbiamo scritto molti articoli interessanti sulla gravità qui su Space Magazine. Ecco chi era Sir Isaac Newton? Chi era Galileo Galilei? Che cos'è la forza di gravità? E che cos'è la costante gravitazionale?

Il cast di astronomia ha circa due buoni episodi sull'argomento. Ecco l'episodio 37: Gravitational Lensing e l'episodio 102: Gravity,

fonti: