Principio di inerzia
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Il principio di inerzia è il primo principio della dinamica e stabilisce che un corpo permane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme a meno che non intervenga una forza esterna a modificare tale stato. Si parla di principio e non di legge perché si tratta di un assioma, un fondamento del moto dei corpi, ricavato per induzione da moltissime esperienze e osservazioni. Ciò significa che qualunque teoria o legge riguardante il movimento dei corpi non può entrare in contrasto con questo fondamentale principio, per il semplice motivo che sarebbe erronea.
Il principio di inerzia fu scoperto da Galileo Galilei dopo lunghi studi ed osservazioni sul moto dei corpi sui piani inclinati e orizzontali (vedasi cenni storici). Con questa straordinaria scoperta Galileo riuscì a svelare, venti secoli dopo, l’errore contenuto nella teoria di Aristotele, secondo il quale un corpo permaneva in movimento finché c’era una forza applicata su di esso. La teoria aristotelica, seppure apparentemente convincente, era errata perché aveva completamente ignorato le contrastanti forze di attrito (superficie terrestre e atmosfera) che rallentano il movimento dei corpi fino a fermarli. In sostanza Galileo dedusse che per far muovere un corpo a velocità costante non c’è bisogno di forze che lo spingano costantemente (in questo caso il moto è uniformemente accelerato poiché una forza costante causa una accelerazione costante). Anzi, il moto rettilineo uniforme si verifica proprio quando non ci sono forze. In assenza di attriti un corpo in movimento mantiene la sua velocità costante (in direzione, verso e intensità). Il principio scoperto da Galileo si pone, pertanto, come l’esatto contrario della teoria aristotelica.
E’ opportuno sottolineare che Galileo scoprì il principio di inerzia con un esperimento ideale, immaginando il caso limite di un corpo che si muove su un piano orizzontale senza attriti. Un tale esperimento, come aveva ben compreso il grande scienziato pisano, non è riproducibile sulla Terra, ove è impossibile eliminare completamente tutti gli attriti. In realtà l’effetto degli attriti su un corpo in movimento è quello di trasformare l’energia cinetica in energia termica (calore); ciò avviene sempre nell’assoluto rispetto di un altro importantissimo principio: il principio di conservazione dell’energia.
[modifica] Sistemi di riferimento inerziali
Il principio di inerzia vale nei sistemi di riferimento detti, appunto, inerziali. In questi sistemi l’accelerazione dei corpi è dovuta a forze reali, ossia a forze causate dall’azione o interazione di un corpo fisico su un altro (ad esempio la forza di gravità, il pallone calciato da un giocatore, una navicella che si muove nello spazio, lontano da stelle o pianeti, dopo aver spento i motori, ecc.). Nei sistemi inerziali, quindi, lo studio dei fenomeni fisici è particolarmente semplice.
Nei sistemi non inerziali (o accelerati) i corpi non vengono accelerati da forze reali ma da forze apparenti, come ad esempio la forza centrifuga che noi percepiamo a bordo di una vettura affrontando una curva a velocità sostenuta. In realtà la forza in gioco è sempre quella d’inerzia, per cui il nostro corpo tende a proseguire dritto, nella stessa direzione che aveva la vettura prima di affrontare la curva; nel mezzo della curva, però, si ha la sensazione che ci sia una forza che ci spinge all’esterno.
Non sono inerziali, in generale, i sistemi che ruotano; ad esempio un oggetto posto su una piattaforma rotante di una giostra si sposta verso l’esterno senza che ci sia una forza reale a provocarne il movimento. Tuttavia il Sole e la Terra sono, con buona approssimazione, sistemi inerziali perché la loro velocità angolare di rotazione è talmente piccola da essere, di fatto, trascurabile e ininfluente rispetto al moto inerziale dei corpi.
[modifica] Cenni storici
Aristotele (384-322 a.C.) nei suoi scritti di “Fisica” asseriva che lo stato naturale dei corpi è la quiete, ossia l’assenza di moto, e che qualsiasi oggetto in movimento tende a rallentare fino a fermarsi, a meno che non venga spinto a continuare il suo movimento. Dopo quasi 2.000 anni Galileo Galilei (1564-1642) scoprì l’errore di Aristotele, esponendo con estrema chiarezza il principio di inerzia, in particolare in due opere, scritte, rispettivamente, nel 1632 e nel 1638: “Il Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo” e “Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze attenenti alla mecanica et i movimenti locali”. Scrive Galileo nel Dialogo: “il mobile durasse a muoversi tanto quanto durasse la lunghezza di quella superficie, né erta né china; se tale spazio fusse interminato, il moto in esso sarebbe parimenti senza termine, cioè perpetuo”. Ma questo, scrive ancora Galileo: “deve intendersi in assenza di tutti gli impedimenti esterni e accidentari” … e che gli oggetti in movimento siano: “immuni da ogni resistenza esterna: il che essendo forse impossibile trovare nella materia, non si meravigli taluno, che faccia prove del genere, se rimanga deluso dall’esperienza”.
La prima enunciazione formale di questo principio appartiene a Newton, che lo descrisse nella sua famosa opera “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” (1687), con la seguente formula: “Lex prima: Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare.”
