x - Dipartimento di Fisica - Università di Pisa

Elementi di fisica
10. La forza di gravitazione
universale
10.1 Le forze fondamentali della natura.
La fisica spiega tutta la fenomenologia dell’universo, dalla struttura
interna del nucleo atomico al comportamento delle galassie, tramite
l’applicazione di quattro forze fondamentali. Due di queste, denominate forza
forte e forza debole, governano l’interazione tra le particelle elementari. I
fisici classificano queste forze come forze a corto raggio d’azione, poiché
manifestano i loro effetti solo su distanze piccolissime, minori o uguali a
circa 1 fm (1 femtometro = 10 –15 m), che è l’ordine di grandezza delle dimensioni
dei nuclei atomici. Queste forze sono responsabili della stabilità dei
nuclei atomici. A distanze maggiori, esse divengono però totalmente trascurabili,
per cui, una volta appurato che, grazie ad esse, esiste la materia
stabile così come la conosciamo, ci si può dimenticare della loro esistenza. 1
Le altre due forze fondamentali, che al contrario si manifestano anche
a grandi distanze, sono la forza elettrica e la forza gravitazionale. Esse
sono descritte dalla legge delle gravitazione universale, formulata da
Newton, e dalla legge di Coulomb:
!
[10.1]
F = !G m1m 2
r 2 r ˆ
[10.2]
!
F = k q1q 2
r 2 r ˆ
La prima esprime il valore della forza gravitazionale, agente tra due
corpi puntiformi di massa m1 e m2, posti ad una distanza r uno dall’altro.
Ricordiamo che il simbolo r ˆ rappresenta il versore
!
(cioè il vettore di modulo
1; vedi § 2.5) che ha la direzione del vettore r , rappresentato dalla congiungente
tra i punti occupati dalle due masse. Il segno negativo sta ad indicare
che la forza agente su uno dei due corpi ha direzione opposta alla direzione
della congiungente, cioè che la forza è attrattiva.
1 A parte quando si considerano i fenomeni di radioattività, che sono connessi all’esistenza
di nuclei instabili.
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