Massa, peso, gravità e gravitazione

La Gravità

- Introduzione all’argomento:

La massa è la quantità di materia aggregata dalla forza atomica presente in un corpo, questo è diverso dal peso di un corpo.

In fisica, il chilogrammo è l'unità di massa, ma nell'uso comune il "chilogrammo" è un'abbreviazione per "il peso di un corpo di un chilogrammo di massa a livello del mare sulla terra". Nel 1687 Isaac Newton scrisse il libro “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” ed enunciò la Legge della Gravitazione Universale questa è la famosa formula completa per calcolare la forza attrattiva di un corpo massivo:

Noi sappiamo però che la gravità è legata solo alla grande massa del pianeta, che agisce su tutti i corpi che si trovano sulla sua superficie, la loro massa è attratta verso il suolo determinando un peso. La gravità è presente ed è esercitata da tutti i pianeti dell'Universo determinando sulla loro superficie pesi diversi di una massa di prova.

Si può parlare di peso solo quando due corpi vengono a contatto fra loro, invece si può parlare di forza di gravità quando uno dei due corpi sta all’interno dell’area d’influenza gravitazionale del pianeta predominante (vedi capitolo successivo “Le caratteristiche della forza gravitazionale”), per fare un’analogia: solo quando una massa entra “nell’acque territoriali” o spazio d’influenza del pianeta massivo si può parlare di forza di gravità, infatti l'accelerazione di gravità terrestre esiste solo all’interno dell’area d’influenza predominante della Terra quindi nei pressi della superficie terrestre ed è stimata in 9,8066 m/s².

La forza di gravità di due corpi a contatto si deve considerare come il lavoro di una pressa, il peso è solo il risultato dello schiacciamento della pressa visto dalla parte del corpo con massa minore, invece visto dalla parte del corpo con massa maggiore qui c’è anche un aumento della propria forza gravitazionale nei confronti dello spazio.

Possiamo affermare che il peso è il lavoro di schiacciamento di due corpi a contatto, invece l’accelerazione di gravità è una costante del pianeta attrattore perché è il pianeta massivo.

Si può fare un esempio approssimativo di analogia per spiegare meglio e farsi un idea sulla differenza sostanziale che c'è tra la forza di gravità e la forza gravitazionale, le possiamo paragonare ad una gara di braccio di ferro; fin quando c'è la gara e questa viene combattuta quindi c’è movimento dei due bracci, in questo caso si esercita solo la forza gravitazionale, perché le due forze si contrappongono con i loro “moti orbitali” diversi, quindi non c'è peso ne attrazione unidirezionale ci sono solo spostamenti dati dalla forza esercitata e dal moto autonomo, ma quando uno dei concorrenti cede e perde, prima c’è la forza di gravità, questa gravità viene esercitata solo dal vincitore sul perdente sempre con la stessa forza, perché è il vincitore a imprimere la forza, non il perdente, lui anche se grande è inerme perché è entrato nella sfera d’influenza del vincitore (proprio per questo sulla terra i corpi cadono sempre a g = 9,8066 m/s²). Infine c’è la battuta sul tavolo come una pressa, ed è solo in quel momento che si esercita il peso sul concorrente sconfitto in proporzione alla sua massa.

Qui però dobbiamo essere più precisi, qualsiasi massa che cade sulla terra cade sempre con la stessa accelerazione, per capire il perché dobbiamo applicare la formula completa F = G M_a m_b /R²_a+ R²_b ; G è una costante gravitazionale, M_a è la massa della Terra m_b è la massa del peso che cade invece R²_a+ R²_b è il raggio della Terra più l’altezza del lancio, quindi se noi abbiamo due pesi di prova diversi uno da un kg e l’altro da 1000 kg, per capire veramente dobbiamo conoscere il peso “teorico” della Terra che è 5,9742x10²⁴ kg ed aggiungere un solo kg della prima massa di prova per il primo esperimento, invece quando si esegue il secondo esperimento si prende la seconda massa e dobbiamo aggiungere 1000 kg, il raggio della terra è 6300 km sempre, l’altezza del lancio è per ipotesi 100 metri uguale per entrambi, noi quindi sappiamo che G è la costante gravitazionale, M_aè la Terra e R_a il raggio della terra, R_b è l’altezza del lancio, questi sono valori tutti costanti, perciò vediamo che le masse di prova sono le uniche cose che cambiano in questo esperimento, ma loro sono veramente irrilevanti se paragonate alla grande massa della Terra, è lei con i suoi 5,9742x10²⁴ kg a comandare l’esperimento, infatti per trovare una differenza di accelerazione nell’esperimento occorre misurarla strumentalmente, si può rilevare una differenza ma solo dopo 8 zeri, quindi una differenza c’è ma forse è veramente minima.

Riassumendo, quando parliamo di forza di gravità abbiamo due masse una molto grande e l'altra in proporzione molto piccola e questa se è ferma, si chiama massa inerziale, la massa grande attrae rispettando questa formula F = m g, (questa è la formula semplificata per sapere la forza di gravità) dove g è l’accelerazione di gravità, qui la massa piccola sta all’interno dell’area d’influenza di gravità della massa grande (come se stesse gravitazionalmente all’interno della stiva di una nave perciò lei rispetta le stesse leggi della nave galileiana questo vale anche per la gravità), solo qui entra in gioco l’accelerazione di gravità.

Quando invece parliamo di forza gravitazionale dobbiamo avere almeno due masse gravitazionali distinte ognuna con un moto autonomo con un’orbita (le masse gravitazionali solo idealmente possono essere considerate ferme, perché questo lo possiamo avere solo con la forza di gravità), queste esercitano la loro forza attrattiva che può essere solo una forza d'influenza, la forza gravitazionale è estremamente debole in proporzione al moto del pianeta attratto, questo moto è sostanzialmente energia cinetica e risulta normalmente sempre vincente perché è sovradimensionato rispetto alla forza gravitazionale, a patto di rimane fuori dall'area di influenza della gravità del pianeta attrattore.

Ogni pianeta ha un proprio moto indipendente e direzione autonoma.

Einstein ci ha spiegato che anche un accelerazione di moto crea un campo gravitazionale apparente questo l’ha descritto con l'esempio dell'ascensore cosmico qui ha dedotto il principio di equivalenza, però penso che qui si confondono le due cose, io vorrei sottolineare che in questo caso si crea solo l'accelerazione della gravità apparente, il vero campo gravitazionale non crea ne peso ne gravità.

Questo esempio a mio parere fatto da Einstein non è preciso solo nel merito, sicuramente questo passaggio logico lo ha fatto perché costretto a far funzionare le regole della relatività ristretta e trasferirle nella sua gravitazione universale, convinto della bontà del suo lavoro ha portato il rallentamento del tempo dalla luce alla gravità, ma qui lui confonde la semplice gravità con la gravitazione cosa ben diversa.

Lui ha affermato prima che un’accelerazione di moto crea un rallentamento del tempo (questo mi sembra ampiamente smentito), poi una accelerazione moto è uguale all’accelerazione della forza di gravità questo per giustificare che anche un pianeta massivo può con la sua gravità rallentare il tempo, qui però non trovo basi logiche che possono giustificare questo ragionamento.

Perché il campo gravitazionale è un campo generato da due o più masse in movimento?

Qui bisogna soffermarci un po’ per capire questo concetto appieno, quello che si crea tra due pianeti attratti gravitazionalmente è somigliante alla differenza di potenziale che si crea nell’atomo tra il nucleo e l’elettrone, cioè solo quando ci sono tutte e due gli elementi, cioè per l’atomo: il nucleo carico positivamente e l’elettrone carico negativamente in questo caso con la differenza di potenziale si crea la forza elettrica; quando ci sono almeno due pianeti massivi ed il loro moti possiamo dire che entra in gioco la forza gravitazionale.

Loro con la propria attrazione influenzano la traiettoria quindi il moto orbitale altrui, la loro influenza viene chiamata comunemente attrazione gravitazionale questa è una forza che interagisce solamente con la forza dell'altro pianeta e non c'è accelerazione di gravità al massimo abbiamo una variazione di breve durata del moto uniforme in un altro moto uniforme ma non crea certo l'effetto peso, perché il pianeta che viene interessato da questa influenza accelerativa rimane comunque autonomo con la sua influenza di gravità (questa influenza gravitazionale può generare solo il fenomeno delle maree che sono spostamenti per deriva attrattiva, non modifiche della gravità) e qualsiasi soggetto o massa al suo interno è influenzato in maggior misura solo dalla forza di gravità del pianeta stesso perché non può cambiare nulla all’interno della sua influenza gravitazionale (come se fossero le proprie acque territoriali nessuno oltre a lui a competenza di gravità in quella regione, infatti gli astronauti sulla Luna devono rispettare solo le leggi di gravità della Luna).

Quando invece parliamo di forza di gravità ci riferiamo ad un'attrazione continua di una massa nei confronti di masse molto più piccole ed in questo caso questa forza continua genera l’accelerazione, perciò il pianeta attrattore ha sopraffatto la forza gravitazionale della massa piccola inglobandola all’interno della sua forza gravitazionale e da quel momento la sua forza di gravità (la forza di gravità è la forza esclusiva del pianeta attrattore quindi è sempre la stessa per tutte le masse) imprime una accelerazione di gravità continua, il peso è il risultato finale della gravità.

Perciò il Peso la forza di gravità e la forza gravitazionale, sono tre fenomeni inerenti alla massa ma profondamente distinti.

Il mio pensiero in conclusione è che in natura solo la forza di gravità può generare il peso, che è anche il lavoro finale della massa ferma, perché la forza gravitazionale o i campi gravitazionali non generano alcun peso ma solo un’attrazione d'influenza, quindi non ha senso parlare di peso con la forza gravitazionale, perché questa forza può solo influenzare il moto di pianeti, per molti questo è solo una precisazione, per me è fondamentale per capire bene il moto dei pianeti.

Il peso è solo un risultato della forza di gravità che agisce su una massa, proprio come il moto accelerato è il risultato di una spinta continua esercitata su un corpo, come per il moto accelerato se ad un corpo non viene esercitata nessuna spinta, se questo corpo è fermo rimane fermo cioè ha una velocità pari 0, la stessa cosa è per il peso, se ad un corpo non viene esercitata nessuna forza di gravita il corpo ha un peso pari 0, da qui si capisce perché noi, nello spazio libero senza la forza di gravità “fluttuiamo” e siamo senza peso.

Cavendish con il suo esperimento ha dimostrato che tra due materiali di massa m ed M, posti a distanza R fra di loro, si esercita una forza data da F = G m M/R², detta forza di gravitazione universale. è G = 6,67259 10^-11 Nm²/ kg²che corrisponde alla forza fra due sfere omogenee di massa 1 kg poste a distanza di 1 metro.

Il valore di G è indipendente dalle proprietà della materia di cui sono fatti i corpi.

Adesso possiamo capire come fa un pianeta come la Terra con un volume di 1,0832073x10²¹ m³ ed un peso “teorico” di 5,9742x10²⁴ kg, cioè una densità media di 5,5153 × 10³ kg/m³ a fluttuare nell'Etere senza problemi,

Da questa esposizione capiamo che la forza di gravità con il suo lavoro crea il peso alla massa attratta solo quando questa sta a contatto al corpo massivo attrattore, e proprio per questo è logico pensare che la Terra non ha “peso” proprio perché non c'è una massa più grande a contatto su cui esercitare questa forza.

A proposito di Peso. È uscita una notizia interessante sul giornale americano The New York Times: Il prototipo internazionale del chilogrammo in lega di platino e iridio è dimagrito inspiegabilmente di 50 microgrammi circa, lui è custodito sotto chiave dal 1889 sotto tre campane di vetro in un caveau super protetto nell'Ufficio internazionale dei pesi e delle misure di Sèvres alla periferia di Parigi, questo campione di riferimento è conservato in condizioni ambientali controllate, quindi questa perdita di peso risulta incomprensibile.

Per cercare di capire questo fenomeno si dovrebbe verificare se i 50 microgrammi mancanti siano veramente la misura esatta della perdita di peso del prototipo. Fatto questo bisognerebbe continuare il monitoraggio annualmente per accertare l’esatta perdita di peso subita nell’arco degli anni. Di seguito provo ad ipotizzare una causa probabile del problema.

Forse la vera perdita di peso l’ha subita ogni anno la nostra Terra non il chilogrammo di campione.

Quindi facendo i giusti conti (dubito però che siano corretti i 50microgrammi), ogni anno c’è una perdita di 0,416 microgrammi nel campione di peso, perciò si può dedurre che la Terra in centoventi anni è dimagrita approssimativamente di 298.710 miliardi di tonnellate di massa, la risposta più convincente è che questa massa è stata consumata anzi possiamo dire che è andata letteralmente in fumo, sotto forma di incedi vari, eruzioni vulcaniche, estrazione con consumo di petrolio e gas, lanci di satelliti, sonde varie, ed aerei ed animali in volo nel momento del controllo del peso, ecc. diciamo 2.489 miliardi di tonnellate l’anno. Forse il dimagrimento indicato è sovradimensionato, ma la soluzione mi sembra plausibile.