Principi della dinamica: differenze tra le versioni

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I principi della dinamica sono validi in [[sistema di riferimento inerziale|sistemi di riferimento inerziali]] e descrivono bene la fisica dei corpi che si muovono a [[velocità]] molto minore di quella della [[velocità della luce|luce]].

== Storia ==

=== La fisica aristotelica ===

[[Aristotele]] nella sua "[[Fisica (Aristotele)|Fisica]]" del [[IV secolo a.C.]] 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.

Nel Medioevo, [[Guglielmo di Ockham]] e poi, nel Quattrocento, [[Nicola Cusano]], nell'opera "Il gioco della palla", e [[Leonardo da Vinci]] ripensarono la dinamica aristotelica: cominciarono a sviluppare una diversa meccanica, fondata su diversi principi fisici e filosofici.

Il principio di inerzia non è di banale osservazione sulla Terra, dominata dagli [[attriti]], anzi, nella realtà è letteralmente impossibile: consideriamo per esempio una biglia (assimilabile nella nostra trattazione ad un [[punto materiale]]) che rotola su una superficie piana orizzontale molto estesa. La nostra esperienza ci dice che con il passare del tempo la biglia rallenta fino a fermarsi; questo è dovuto al fatto che interagisce con il piano e con l'aria. Si può osservare, comunque, che facendo diminuire progressivamente questi attriti (rarefacendo l'aria e lisciando il piano per diverse volte) la biglia percorre sempre più strada prima di fermarsi. L'idea che sta alla base del primo principio è che (generalizzando e) facendo diminuire gli attriti fino a renderli nulli (in teoria), il corpo non rallenti e quindi non si fermi mai, cioè persista nel suo stato di moto rettilineo uniforme. Riferendosi invece alla tendenza di ogni corpo a mantenere lo stato di quiete o di moto si usa parlare di [[inerzia]].

Ciò viene dettagliatamente descritto da Galileo in due sue opere, rispettivamente, nel [[1632]] e nel [[1638]]: il ''[[Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo]]'' e ''[[Galileo Galilei#I Discorsi e dimostrazioni matematiche|Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze attenenti alla meccanica e 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 sua prima enunciazione formale è tuttavia di [[Isaac Newton]] (''[[Philosophiae Naturalis Principia Mathematica]]''), che pur ne riconosce la paternità galileiana: “''Lex prima: Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare.''”. Newton chiarisce inoltre il concetto nella definizione 3:

« La vis insita, o [[forza]] innata della materia, è il potere di resistere attraverso il quale ogni corpo, in qualunque condizione si trovi, si sforza di perseverare nel suo stato corrente, sia esso di quiete o di moto lungo una linea retta. Questa forza è proporzionale alla forza che si esercita sul corpo stesso e non differisce affatto dall'inattività della massa, ma nella nostra maniera di concepirla. Un corpo, dall'inattività della materia, è tolto non senza difficoltà dal suo stato di moto o quiete. Dato ciò questa vis insita potrebbe essere chiamata in modo più significativo vis inertiae, o forza di inattività. Ma un corpo esercita questa forza solo quando un'altra forza, impressa su di esso, cerca di cambiare la sua condizione [di moto o di quiete, NdT]; e l'esercizio di questa forza può essere considerato sia resistenza che impulso; è resistenza quando il corpo, cercando di mantenere il suo stato attuale, si oppone alla forza impressa; è impulso quando il corpo, non dando libero corso alla forza impressa da un altro cerca di cambiare lo stato di quest'ultimo. La resistenza è solitamente ascritta ai corpi in quiete e l'impulso a quelli in moto; ma moto e quiete, come vengono intesi comunemente, sono solo relativamente distinti; e d'altronde, quei corpi che comunemente sono considerati in quiete non lo sono sempre realmente. »

(Isaac Newton, [[Philosophiae Naturalis Principia Mathematica]])

=== Lo sviluppo della meccanica classica ===

La formula esplicita dell'uguaglianza fra la forza e il prodotto della massa inerziale per l'accelerazione apparve per la prima volta negli scritti di Eulero nel 1752.<ref>Eulero: ''Découverte dun nouveau principe de mécanique.'' Memoires de l’Academie royal des sciences, Berlin, Bd.&nbsp;6, 1752, S.&nbsp;185 – Euler Opera Omnia, Serie 2, Bd.&nbsp;5, 1957</ref>

=== Modifiche ai principi della dinamica ===

Nel [[1981]] [[Mordehai Milgrom]] propose una sua modifica volta a spiegare il problema delle curve di rotazione delle galassie a spirale in modo alternativo all'introduzione della [[materia oscura]], denominata [[teoria MOND|MOND]] dall'acronimo inglese per '''Dinamica Newtoniana Modificata''' che teneva conto dello [[strappo (meccanica)|strappo]], che però gode di scarso consenso presso la [[comunità scientifica]] attuale, anche se i più le riconoscono almeno il merito di essere più falsificabile delle teorie a base di materia ed [[energia oscura]].

== Il contributo di Newton ==

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== Estensioni dei principi della dinamica ai sistemi non inerziali ==

Per generalizzare in [[meccanica classica]] i principi della dinamica, allargandoli ai sistemi '''non inerziali''' ed '''estesi''', il concetto di [[azione (fisica)|azione]] viene ristretto alle sole [[forze]] e [[momento meccanico|momenti meccanici]] ([[meccanica lagrangiana|lagrangianamente]] si parla di [[forze generalizzate]]) per cui vale questo principio, cioè che implicano la '''reazione'''; infine per la simmetria tra i due concetti che scaturisce da questo principio (come evidenziato negli esempi precedenti) si preferisce oggi parlare di [[interazione]]: "l'[[interazione]] tra i corpi è reciproca, e unica sorgente di '''forza reale''' e '''momento meccanico reale'''": una forza generalizzata [[vettore (fisica)|applicata]] su un corpo i è '''reale''', se dovuta all'influenza di un qualsiasi altro corpo j, e solo allora si manifesta su j con orientazione [[antiparallela]]". Ricordiamo che un [[sistema inerziale]] è definito proprio in base a questo principio come sistema di riferimento in cui si manifestano solo interazioni tra i corpi, ovvero [[forze reali]], e le [[forze apparenti]] sono appunto quelle che non provenendo dai [[corpo (fisica)|corpi]] in quanto non reciproche, vengono imputate al [[sistema di riferimento non inerziale|sistema di riferimento]], e non sono ''reali'' solo nel senso che non sono ''assolute'', e non nel senso di ''ininfluenti'' sui corpi quando presenti.

== Storia ==

=== La fisica aristotelica ===

[[Aristotele]] nella sua "[[Fisica (Aristotele)|Fisica]]" del [[IV secolo a.C.]] 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.

Nel Medioevo, [[Guglielmo di Ockham]] e poi, nel Quattrocento, [[Nicola Cusano]], nell'opera "Il gioco della palla", e [[Leonardo da Vinci]] ripensarono la dinamica aristotelica: cominciarono a sviluppare una diversa meccanica, fondata su diversi principi fisici e filosofici.

Il principio di inerzia non è di banale osservazione sulla Terra, dominata dagli [[attriti]], anzi, nella realtà è letteralmente impossibile: consideriamo per esempio una biglia (assimilabile nella nostra trattazione ad un [[punto materiale]]) che rotola su una superficie piana orizzontale molto estesa. La nostra esperienza ci dice che con il passare del tempo la biglia rallenta fino a fermarsi; questo è dovuto al fatto che interagisce con il piano e con l'aria. Si può osservare, comunque, che facendo diminuire progressivamente questi attriti (rarefacendo l'aria e lisciando il piano per diverse volte) la biglia percorre sempre più strada prima di fermarsi. L'idea che sta alla base del primo principio è che (generalizzando e) facendo diminuire gli attriti fino a renderli nulli (in teoria), il corpo non rallenti e quindi non si fermi mai, cioè persista nel suo stato di moto rettilineo uniforme. Riferendosi invece alla tendenza di ogni corpo a mantenere lo stato di quiete o di moto si usa parlare di [[inerzia]].

Ciò viene dettagliatamente descritto da Galileo in due sue opere, rispettivamente, nel [[1632]] e nel [[1638]]: il ''[[Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo]]'' e ''[[Galileo Galilei#I Discorsi e dimostrazioni matematiche|Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze attenenti alla meccanica e 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 sua prima enunciazione formale è tuttavia di [[Isaac Newton]] (''[[Philosophiae Naturalis Principia Mathematica]]''), che pur ne riconosce la paternità galileiana: “''Lex prima: Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare.''”. Newton chiarisce inoltre il concetto nella definizione 3:

« La vis insita, o [[forza]] innata della materia, è il potere di resistere attraverso il quale ogni corpo, in qualunque condizione si trovi, si sforza di perseverare nel suo stato corrente, sia esso di quiete o di moto lungo una linea retta. Questa forza è proporzionale alla forza che si esercita sul corpo stesso e non differisce affatto dall'inattività della massa, ma nella nostra maniera di concepirla. Un corpo, dall'inattività della materia, è tolto non senza difficoltà dal suo stato di moto o quiete. Dato ciò questa vis insita potrebbe essere chiamata in modo più significativo vis inertiae, o forza di inattività. Ma un corpo esercita questa forza solo quando un'altra forza, impressa su di esso, cerca di cambiare la sua condizione [di moto o di quiete, NdT]; e l'esercizio di questa forza può essere considerato sia resistenza che impulso; è resistenza quando il corpo, cercando di mantenere il suo stato attuale, si oppone alla forza impressa; è impulso quando il corpo, non dando libero corso alla forza impressa da un altro cerca di cambiare lo stato di quest'ultimo. La resistenza è solitamente ascritta ai corpi in quiete e l'impulso a quelli in moto; ma moto e quiete, come vengono intesi comunemente, sono solo relativamente distinti; e d'altronde, quei corpi che comunemente sono considerati in quiete non lo sono sempre realmente. »

(Isaac Newton, [[Philosophiae Naturalis Principia Mathematica]])

=== Lo sviluppo della meccanica classica ===

La formula esplicita dell'uguaglianza fra la forza e il prodotto della massa inerziale per l'accelerazione apparve per la prima volta negli scritti di Eulero nel 1752.<ref>Eulero: ''Découverte dun nouveau principe de mécanique.'' Memoires de l’Academie royal des sciences, Berlin, Bd.&nbsp;6, 1752, S.&nbsp;185 – Euler Opera Omnia, Serie 2, Bd.&nbsp;5, 1957</ref>

=== Modifiche ai principi della dinamica ===

Nel [[1981]] [[Mordehai Milgrom]] propose una sua modifica volta a spiegare il problema delle curve di rotazione delle galassie a spirale in modo alternativo all'introduzione della [[materia oscura]], denominata [[teoria MOND|MOND]] dall'acronimo inglese per '''Dinamica Newtoniana Modificata''' che teneva conto dello [[strappo (meccanica)|strappo]], che però gode di scarso consenso presso la [[comunità scientifica]] attuale, anche se i più le riconoscono almeno il merito di essere più falsificabile delle teorie a base di materia ed [[energia oscura]].

== La fisica di Berkeley ==