Un oggetto che cade nel vuoto è sottoposto a una sola forza esterna, la forza gravitazionale, espressa come il peso dell’oggetto. L’equazione del peso definisce che il peso W è uguale alla massa dell’oggetto m per l’accelerazione gravitazionale g:
W = m * g
il valore di g è 9,8 metri al secondo quadrato sulla superficie della terra. L’accelerazione gravitazionale g diminuisce con il quadrato della distanza dal centro della terra. Ma per molti problemi pratici, possiamo assumere che questo fattore sia una costante. Un oggetto che si muove a causa della sola azione della gravità è detto in caduta libera; se l’oggetto cade attraverso l’atmosfera, c’è un’ulteriore forza di resistenza che agisce sull’oggetto e la fisica coinvolta nel moto dell’oggetto è più complessa.
Il moto di qualsiasi oggetto in movimento è descritto dalla seconda legge del moto di Newton, forza uguale a massa m per accelerazione a:
F = m * a
Possiamo fare un po’ di algebra e risolvere l’accelerazione dell’oggetto in termini di forza esterna netta e massa dell’oggetto:
a = F / m
Per un oggetto in caduta libera, la forza esterna netta è solo il peso dell’oggetto:
F = W
Sostituendo nell’equazione della seconda legge si ottiene:
a = W / m = (m * g) / m = g
L’accelerazione dell’oggetto è uguale all’accelerazione gravitazionale. La massa, la dimensione e la forma dell’oggetto non sono un fattore nel descrivere il moto dell’oggetto, quindi tutti gli oggetti, indipendentemente dalla dimensione o dalla forma o dal peso, cadono liberamente con la stessa accelerazione. Nel vuoto, un pallone da spiaggia cade alla stessa velocità di un aereo di linea. Conoscendo l’accelerazione, possiamo determinare la velocità e la posizione di qualsiasi oggetto in caduta libera in qualsiasi momento.
La notevole osservazione che tutti gli oggetti in caduta libera cadono con la stessa accelerazione fu proposta per la prima volta da Galileo Galilei quasi 400 anni fa. Galileo condusse degli esperimenti usando una palla su un piano inclinato per determinare la relazione tra il tempo e la distanza percorsa. Trovò che la distanza dipendeva dal quadrato del tempo e che la velocità aumentava man mano che la palla si spostava lungo la pendenza. La relazione era la stessa indipendentemente dalla massa della palla usata nell’esperimento. L’esperimento ebbe successo perché stava usando una palla per l’oggetto in caduta e l’attrito tra la palla e il piano era molto più piccolo della forza gravitazionale. Ha anche usato una pendenza molto bassa, quindi la velocità era piccola e la resistenza della palla era molto piccola rispetto alla forza gravitazionale. (La storia che Galileo dimostrò le sue scoperte facendo cadere due palle di cannone dalla Torre di Pisa è solo un’alegenda).
Attività:
Visite guidate
-
Caduta di oggetti: 
Navigazione…
Pagina iniziale della guida per principianti