Ripetizioni di fisica: un ripasso dei principi della dinamica in una missione spaziale
Mi piaceL'aalisi di una missione spaziale ci aiuta a ripassare i principi della dinamica in queste ripetizioni di fisica.
Il punto N (vedi foto) è la posizione fondamentale numero 1 di cui si deve tenere conto in una missione spaziale. La distanza in linea retta tra la zona di lancio e il punto N e la distanza tra N e il punto di arrivo su un altro corpo celeste determina tutti parametri di missione e ovviamente tutti i calcoli dinamici di andata e ritorno di una missione.
Prima del punto N la sonda è soggetta alla sfera di influenza gravitazionale del pianeta di origine e dopo tale punto è soggetta alla sfera di influenza del pianeta di destinazione. Prima di N la sonda rallenta progressivamente e dopo N la sonda accelera costantemente a patto che nel punto N la sonda abbia la velocità di fuga sufficiente necessaria relativa alla distanza dal pianeta di origine.
Il principio di inerzia meccanica a cui pensava Newton non si applica nel moto orbitale in cui non c'è mai un equilibrio statico di forze. Newton applicava questo principio per capire come una massa m può essere vincolata (costretta) a non subire alcuna forza F e quindi in quali condizioni si potesse discutere della condizione di equilibrio statico di un corpo rispetto all'osservatore oppure del permanere del corpo in una condizione di moto rettilineo uniforme (m.r.u.) ovvero con velocità costante in direzione, verso e quantità. Pertanto in assenza di forze agenti su un corpo di massa m o in presenza di un equilibrio di forze la massa m avrebbe dovuto continuare a stare ferma o continuare a muoversi di m.r.u. Siccome in molti casi le forze non si vedono mentre le masse invece sì allora si suppone che esistano forze che almeno a coppie dovevano fare somma vettoriale zero. Durante una missione spaziale tutte le volte che la velocità orbitale veniva calcolata essere zero passando da negativa a positiva si era sicuri che la sonda aveva attraversato una zona in cui dominava un corpo ed era entrata in un'altra zona in cui dominava un altro corpo. Quando poi la velocità restava zero si capiva che la missione era giunta a destinazione o rientrata alla base.
Il secondo principio della dinamica serve in una missione spaziale a capire l'estensione della zona di influenza gravitazionale di un corpo celeste in quanto una variazione del prodotto massa moltiplicata variazione di velocità più il suo viceversa indicava per quale intervallo di tempo era all'opera una specifica quantità di forza complessiva agente:
Forza * Dt = massa * Dv + D massa*v: infatti F = d (mv) / d t
Che è l'espressione odierna con cui identifichiamo l'azione della forza su una massa, ma può anche essere letta al contrario (infatti è un'equivalenza) come la forza che viene prodotta quando i corpi o piccole particelle variano il loro contenuto di massa e/o di velocità durante il tempo t.
L'inversione di lettura di un'equazione matematica non scandalizza nessuno, ma l'inversione di lettura di questa formula invece sì perché ribalta la condizione privilegiata in cui si pensa al determinismo. Di solito si pensa che ogni effetto abbia almeno una causa antecedente nel tempo e prossima nello spazio. Si associa implicitamente questa definizione corretta di determinismo al verso di lettura da sinistra a destra considerando che la causa, a sinistra dell'= produce l'effetto a destra dell'=. Ma la legge di determinismo non viene violata se si legge e si pensa a “d (mv) / d t “ come causa e a F come effetto.
Le “m” e le “v” non sarebbero però quelle dei corpi macroscopici!
Sarebbero invece “agenti di gravità” subatomici che colpendo i nuclei (e con probabilità molto minore gli elettroni) li spingono in una direzione, generando in due corpi macroscopici effetti di attrazione dovuti a differenza di pressione tra urti al di là di due corpi e tra gli urti della zona compresa tra i due corpi, che è equivalente agli effetti di una fantomatica forza gravitazionale (ancora non identificata tramite le sue particelle di scambio).
Se una qualsiasi massa accelera tramite una reazione dovuta a una azione espulsiva (di energia e/o di massa) allora la sua accelerazione non è costante. Infatti se si mantiene costante l'azione espulsiva, cioè il regime di potenza del motore o del propulsore, questo produrrà una reazione su una massa in diminuzione e pertanto ci sarà un aumento di accelerazione. Tale aumento può anche non essere costante.
Il principio per cui avviene una accelerazione può essere interno o esterno alla massa che subisce l'accelerazione. Per la non usuale accelerazione esterna si pensi a un magnete che viene attratto o respinto da un altro, o da una concentrazione di cariche elettriche che producono un simile effetto.
Se l'accelerazione è interna allora questa necessariamente implicherà una espulsione di massa/energia? Quest'ultima implicherà anche (il senso del) l'aumento inerziale della quantità di moto (o della massa)? L'aumento inerziale della quantità di moto (massa) provoca uno stato di moto che si oppone a una successiva accelerazione.
C'è da chiedersi chi vince: l'accelerazione su una massa che è in diminuzione o l'inerzia provocata dall'accelerazione sulla quantità di moto che reagisce inerzialmente al cambiamento di moto? Nei casi che si sperimentano vince la prima anche se per gli occupanti o per le parti interne non fisse della massa accelerata la reazione inerziale si fa sentire come aumento di peso.
Le tre leggi di Newton producono paradossi: l'inerzia produce il paradosso più grave perché si toglie dalla considerazione l'aspetto elettromagnetico senza il quale nessuna massa è visibile e si toglie la considerazione termodinamica che implica che se un oggetto emana luce, cioè diventa visibile allora necessariamente sta perdendo energia e non potrebbe continuare in un m.r.u., la F=ma non è una relazione di equivalenza perché la definizione di massa come divisione di due vettori è matematicamente indefinita e la legge di azione e reazione è solo una congettura che non discute il paradosso dell'immediatezza della reazione all'azione.
L'equivalenza in modulo e direzione è un'apparenza e opposta in verso è una congettura localmente vera ma ancora da dimostrare a livello universale. Potrebbero infatti esistere forze che non sono reattive, proprio perché la massa come ente inerte e passivo non potrebbe comunicare una reazione. La Teoria della Relatività descrive la forza gravitazionale spostando l'attenzione su concetti di deformazione spaziale e temporale da parte delle masse ma introduce artificiosi concetti come quello di campo in cui si perde di vista il quotidiano concetto di forza e di azione a distanza a favore di argomentazioni che sono intellegibili sono con una profondissima analisi da studi di post dottorato.
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