Le leggi del moto di Newton

Nel 1543, Copernico pubblicò il suo libro, che fece tremare le fondamenta del mondo
aristotelico. Un secolo dopo, questo era in rovina, ma non era nato nulla a sostituirlo.
Galileo e Keplero avevano fatto scoperte potenti, ma non c’era un principio centrale
capace di organizzare il mondo: l’armonia unificata della concezione aristotelica era
stata sostituita da una diffusa confusione. Galileo era interessato non alle cause del moto, bensì alla sua descrizione. La branca della meccanica che egli sviluppò è detta cinematica ed è una descrizione del moto che non prende in considerazione le sue cause. Al centro delle argomentazioni di Galileo c’era il principio d’inerzia, che abbiamo esaminato nel capitolo 4: servendosi di questo principio, Galileo riuscì a neutralizzare le argomentazioni aristoteliche contro il moto della Terra, ma la ricostruzione di una nuova meccanica che egli aveva promesso nel suo ultimo libro era a malapena cominciata. L’onore di creare un nuovo ordine spettò a Isaac Newton. Newton adottò un enunciato del principio d’inerzia come propria prima legge del moto. Nella sua seconda legge aggiunse una regola esplicita che descriveva come una forza impressa modificava il moto. Con queste premesse, egli coronava e completava la cinematica di Galileo con la dinamica: una teoria delle cause del moto.

Le leggi del moto di Newton

Newton aveva colto l’essenza della sua seconda legge quando era ancora giovane, ma
soltanto vent’anni dopo il resto della sua dinamica assunse una forma definitiva nel
corso di un’intensa esplosione di attività durante l’autunno e l’inverno del 1684-1685. I Principia, che esponevano in modo particolareggiato tutta la sua opera sul moto dei
corpi, furono pubblicati nel 1686, quando Newton aveva 44 anni. Lo stile dei Principia
rispecchia la personalità dell’autore: fredda e rigorosa; le sue pagine sono colme
di disegni schematici e dimostrazioni geometriche. Sebbene Newton fosse giunto indubbiamente ai suoi risultati usando l’analisi matematica che aveva sviluppato di recente, nei Principia egli presentò dimostrazioni geometriche, adottando il linguaggio della fisica del XVIII secolo. Nella Cambridge University, dove Newton studiò e insegnò, una maestosa istituzione esente da un’eccessiva fretta, i Principia furono usati come libro di testo fino a questo secolo inoltrato. Newton ereditò da Galileo e Cartesio il concetto essenziale che il moto lungo una linea retta con velocità costante (il moto rettilineo uniforme) era lo stato naturale di qualsiasi corpo, che non richiedeva alcun’altra spiegazione. È la prima legge di
Newton, il principio d’inerzia, che Newton formulò nei seguenti termini:

Prima e seconda legge:

Ogni corpo persevera nel proprio stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, eccetto
che sia costretto a mutare quello stato da forze impresse. L’essenza della prima legge è il principio d’inerzia. Newton, come Galileo prima di lui, si rese conto che l’inerzia di un corpo era qualcosa associato alla sua massa: quanto maggiore è la massa di un corpo, tanto più è difficile impedirgli di continuare a muoversi con velocità (vettoriale) costante. Questo concetto lo indusse a formulare la sua seconda legge, che egli enunciò nei Principia con le seguenti modeste parole: la variazione del moto di un corpo è direttamente proporzionale alla forza impressa avviene lungo la linea retta secondo la quale la forza è impressa.

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