Un grande balzo per l'umanità: la Fisica di Newton.

In questi giorni sto leggendo un agile libro edito da Aliberti, “La Fisica Spiegata al mio Cane” di Chad Orzel, professore associato di Fisica allo Union College, di New York. (*)

E’ un libro divertente che fa luce in modo scanzonato nei misteri della fisica moderna e delle meraviglie controintuitive che li caratterizzano. Il prof. Orzel cerca di spiegare alla propria cagnetta Emmy come in linea di principio sarebbe possibile per lei, grazie ai prodigi della meccanica quantistica, passare contemporaneamente a destra e a sinistra di un albero per acchiappare il tanto agognato scoiattolo. Da leggere.

C’è una frase nel libro che ha ispirato questo post: “la fisica è l’applicazione della matematica alla comprensione dei misteri del mondo”. Già: ricordo la terribile frustrazione di non aver mai compreso la fisica per bene finché qualcuno non si è degnato di spiegarmi la matematica alla base. Non appena ho ricevuto quegli strumenti matematici minimi che mi hanno consentito di modellare un fenomeno fisico, allora questo è diventato immediatamente chiarissimo. E’ sorprendente pensare come la comprensione intima della realtà tangibile richieda un certo livello di astrazione. Per capire il concreto, occorre essere astratti ! Strano, no ?

La fisica di Newton è un esempio lampante. E’ dalle scuole superiori che ci bombardano con i tre principi della dinamica, formalizzati da quel genio di Isaac Newton nei suoi Principi Matematici della Filosofia Naturale del 1687, descritti in modo puramente discorsivo:

1. Principio di Inerzia: un corpo persiste nello stato di quiete o in moto rettilineo uniforme se la forza applicata totale è nulla.

2. Principio di proporzionalità: un corpo accelera in modo proporzionale alla forza ricevuta e inversamente proporzionale alla propria massa.

3. Principio di azione e reazione: se due corpi si scambiano una forza, ciascuno dei due avverte una forza uguale e contraria.

Pensate, la descrizione matematica – e la intima comprensione di questi tre principi – si riassume in un’espressione di sole tre lettere:

F = ma

è l’equazione fondamentale della meccanica classica. Da questa si derivano praticamente tutti i risultati più importanti degl ultimi quattro secoli di storia umana. Nella sua incredibile semplicità l’equazione di Newton fornisce il modello di interazione tra corpi dotati di massa m (espressa in Kg) che si scambiano forze F (espresse in Newton) ricavandone accelerazioni (espresse in m/s^2) in proporzione.

Perché “metri al secondo quadrato” ? E’ semplice: la velocità è una variazione di spazio nel tempo, e si misura in metri al secondo (m/s), l’accelerazione è una variazione di velocità nel tempo e si misura in metri al secondo al secondo, cioè metri al secondo quadrato.

A dispetto della semplicità, vedremo come una equazione del genere sia in grado di formulare previsioni sul comportamento dei corpi in moto tutt’altro che banali. Ma, per fare questo, dobbiamo prima infilare un nuovo strumento nella nostra borsa del matematico. Ne parliamo al prossimo post.