IL
SISTEMA DI RIFERIMENTO Uno dei concetti
principali che devono essere definiti nello studio della fisica è quello del sistema
di riferimento.
Nello studio delle leggi del moto seguite da qualsiasi oggetto (ad esempio un treno) è
sempre importante definire rispetto a chi tali leggi sono riferite. Il nostro treno,
infatti, sarà fermo per chi ci viaggia sopra, ma si muoverà per gli altri.
In fisica esistono due tipi di sistemi di riferimento:
quelli inerziali e quelli non inerziali.
Un sistema di riferimento inerziale si ha quando un corpo lasciato libero
di muoversi, e senza attrito, rimane nel suo stato di quiete o di moto a velocità
costante.
Se nel sistema di riferimento sono presenti forze dette
"fittizie", che cambiano la velocità del nostro
corpo (laccelerazione è la derivata della velocità) il sistema di riferimento è
detto non inerziale.
Immaginiamo di porre una palla ferma sul corridoio di un
treno in corsa: se il treno è su un rettilineo e non accelera nè frena, la nostra palla
continuerà a rimanere ferma per noi ed a correre come il treno per chi ci vede da terra.
Se ora il nostro treno frena, per noi la palla comincia "misteriosamente" a
correre sul corridoio, per chi è a terra il treno ha frenato e la palla, che era libera
di muoversi, ha continuato a correre indisturbata.
Rivediamo che cosa è successo: allinizio sia noi
sul treno che chi era a terra eravamo su due sistemi di riferimento inerziali, infatti la
palla per noi era ferma, mentre per loro si muoveva con velocità costante. Quando il
treno ha frenato noi non eravamo più in un sistema di riferimento inerziale dal momento
che la palla ha "improvvisamente" cominciato a muoversi sotto lazione di
una forza fittizia (solo applicando una forza alla palla e quindi
un'accelerazione è possibile cambiarne la velocità).
Chi era a terra non ha ovviamente risentito di tutto questo ed ha continuato a vedere la
palla correre liberamente.
Se decidiamo di studiare qualche oggetto da un sistema di
riferimento inerziale (cosa sempre molto conveniente) qualsiasi sistema scegliamo
troveremo sempre le stesse leggi fisiche, poiché non sono presenti, in un sistema, forze
non presenti negli altri.
Da quanto abbiamo visto risulta evidente che, se ci troviamo in un sistema di riferimento
inerziale, osserveremo le stesse leggi che in un altro sistema che si muove, rispetto a
noi, con velocità costante, dato che non sono possibili accelerazioni e quindi forze
fittizie.
Questo è detto "principio di relatività di Galileo"
o "primo principio della dinamica". Ecco come il grande
scienziato lo enunciò ormai 500 anni fa nel "Dialogo sopra i massimi sistemi del
mondo":
"Rinserratevi con qualche amico nella maggior
stanza che sia sotto coperta di alcun grande naviglio, e quivi fate di aver mosche,
farfalle e simili animaletti volanti; siavi anche un gran vaso d acqua, e dentrovi
dei pescetti, sospendasi anco in alto qualche secchiello, che a goccia a goccia vadia
versando dell acqua in un altro vaso di angusta bocca, che sia posto in basso: e
stando ferma la nave, osservate diligentemente come quelli animaletti volanti con pari
velocità vanno verso tutte le parti della stanza, e i pesci si vedranno andar notando
indifferentemente per tutti i versi; le stille cadenti entreranno tutte nel vaso
sottoposto; e voi, gettando all amico alcun cosa, non più gagliardamente la dovrete
gettare verso quella parte che verso questa, quando le lontananze sieno uguali, e saltando
voi, come si dice, a piè giunti, egual spazii passerete verso tutte le parti. Osservate
che avrete diligentemente tutte queste cose, benchè niuno dubbio vi sia che mentre il
vassello sta fermo non debbano succedere così; fate muovere la nave con quanta si voglia
velocità: ché (pur che il moto sia uniforme e non fluttuante in qua e in là) voi non
riconoscerete una minima mutazione in tutti li nominati effetti, nè da alcuno di quelli
potrete comprendere se la nave cammina oppur sta ferma..."
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