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La Gravitazione di Claudia Monte. La meccanica celeste. Oggetto della meccanica celeste Un po’ di storia… Le leggi di Keplero La gravitazione universale La forza di gravità. Oggetto della meccanica celeste.
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La meccanica celeste • Oggetto della meccanica celeste • Un po’ di storia… • Le leggi di Keplero • La gravitazione universale • La forza di gravità
Oggetto della meccanica celeste • DEF: La meccanica celeste studia le leggi che regolano il moto dei corpi celesti e le loro traiettorie, cioè le varie posizioni che questi corpi assumono nel tempo. • Secondo la Meccanica Classica, un moto si svolge nel tempo e nello spazio: “…Lo spazio assoluto, per sua natura, senza rapporto con alcunché di esterno, rimane sempre uguale ed immobile…” (Newton) “…Il tempo assoluto, vero, matematico, in sé e per sua natura fluisce uniformemente e senza rapporto con alcunché di esterno…” (Newton) • I corpi celesti sono costituiti da una certa quantità di materia che costituisce la massa del corpo: “…D’ora in avanti è sempre a questa quantità che mi riferisco parlando di corpo o di massa. Essa viene conosciuta attraverso il peso di ciascun corpo, in quanto essa è proporzionale al peso..” (Newton)
Un po’ di storia… • Le conquiste astronomiche dell’antichità: • Talete di Mileto (640-546 a.C.): studio del ciclo periodico delle eclissi • Pitagora di Samo (590-500 a.C.): moto di rotazione e rivoluzione della Terra intorno al sole e ai “sei astri erranti” • Platone (427-347 a.C.): sfericità della Terra, posta al centro dell’Universo • Aristotele (384-32 a.C.) : ribadisce la forma sferica della Terra posta immobile al centro dell’Universo • Aristarco (310-250 a.C.) : studi sulla Luna • Eratostene (275-194 a.C.): primo catalogo stellare • Ipparco (190-120 a.C.) : creazione delle coordinate terrestri (latitudine e longitudine) e quelle celesti equatoriali (ascensione retta e declinazione); scoperta della precezione degli equinozi; studio del moto della Luna e del Sole.
I veri padri della Meccanica Celeste: • Tolomeo di Alessandria (100-170a.C.) • Niccolò Copernico (1473-1543) • TychoBrahe (1546–1601) • Johannes Keplero (1571–1630) • Isaac Newton (1642-1727)
Brahe e Keplero • L’astronomo danese Tycho Braheper circa 20 anni ( dal 1576 – 1596) fece innumerevoli osservazioni sulle posizioni occupate dalle stelle e dai pianeti senza riuscire a dare alcuna spiegazione. • Keplero, assistente di Brahe, a differenza del suo maestro, credeva nella visione eliocentrica dell’universo e con l’aiuto della matematica riuscì a dare un senso ai dati raccolti. • Le tre leggi di Keplero tuttora descrivono correttamente il comportamento di qualsiasi pianeta e satellite.
… le tre leggi di Keplero • Prima legge di Keplero Le orbite descritte dai pianeti intorno al sole sono ellissi di cui il sole occupa uno dei fuochi
Seconda legge di Keplero Un raggio immaginario che congiunga il sole con un pianeta spazza aree uguali in tempi uguali (costanza della velocità areale)
Seconda legge di Keplero Presi due qualsiasi pianeti, il rapporto tra quadrati dei loro periodi orbitali è uguale al rapporto tra i cubi dei semiassi maggiori delle rispettive orbite:
… e la gravitazione universale Isaac Newton, circa 45 anni dopo l’opera di Keplero, dimostrò che se le orbite dei pianeti sono ellittiche allora la retta di azione della forza coincide con la congiungente i centri dei due corpi celesti e, inoltre, intuì che : Più in generale: dati due corpi qualunque di massa m1 e m2 si ha: Dove G è una costante universale (ha lo stesso valore in tutto l’universo) e d rappresenta la distanza tra i centri di massa delle due masse.
Misura della costante di gravitazione universale Nel 1798 l’inglese Henry Cavendish (1731 - 1810) costruì un’apparecchiatura molto sensibile in grado di misurare la forza di attrazione tra due masse e questo gli consentì di determinare il valore della costante di gravitazione universale G. Nel Sistema Internazionale G = 6,67 10-11 N*m2/Kg2
La forza di gravità Il peso di una massa sulla superficie della terra è dato dalla relazione Determinazione della accelerazione di gravità g Se si applica la relazione di Newton si ha: dove M rappresenta la massa della terra e r il suo raggio. Uguagliando si ha: Sostituendo si ottiene per g il valore:
