Forza centripeta e gravitazione 1. Il moto circolare - francescopoli.net

prima idea errata: un oggetto può seguire una traiettoria circolare senza che vi
sia un ” binario” di qualche tipo che lo costringa a farlo.
seconda idea errata: un oggetto in moto circolare tende ad essere scagliato verso
l’esterno, in direzione radiale, dall’azione di una forza detta “centrifuga”.
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Perché occorre un “binario” per sostenere il moto circolare
La prima delle due concezioni errate risale agli antichi Greci, i quali ritenevano
il moto circolare la traiettoria perfetta, perché pensavano fosse seguita dagli
oggetti celesti. Essendo perfetta, la traiettoria circolare doveva essere una
condizione naturale per i corpi, “incorruttibile”, cioè capace di sostenersi
autonomamente ed immutabile nel tempo. Da Galileo in poi sappiamo che
questo ruolo “privilegiato” spetta al moto rettilineo uniforme, il solo a
proseguire indefinitamente senza che debba intervenire alcuna forza, e che per
tale caratteristica viene addirittura considerato uno stato.
Viceversa, muoversi lungo una traiettoria curva significa cambiare in ogni
momento la direzione della velocità. Mutare velocità, anche se solo in direzione
e non in intensità, vuol dire accelerare: una macchina che curvi con velocità di
modulo costate v 30 Km/h , sta accelerando in direzione, anche se il
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N
N
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tachimetro segna sempre lo stesso valore perché non sta accelerando in intensità.
Poiché il secondo principio prevede che possa aver luogo un’accelerazione
unicamente in presenza di una forza, ne deduciamo che nel moto circolare
occorre una forza anche solo per cambiare ogni istante la direzione alla velocità.
Come vedremo nel dettaglio, si tratta di una forza in direzione radiale, che
punta sempre verso il centro della circonferenza: ne sono esempi la forza
normale esercitata da un binario curvo, oppure la tensione di una corda legata
al centro della circonferenza. Nella figura a lato, là dove il binario (in un piano
orizzontale) si interrompe, la pallina prosegue con un moto in linea retta lungo
la direzione tangenziale istantanea, dato che è venuta meno la forza normale
che la costringeva a curvare.
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DIREZIONE
RADIALE
ISTANTANEA
Perché non esiste una “forza centrifuga”
Come sappiamo dalla terza legge della dinamica, non esistono forze solitarie, ma
soltanto interazioni fra coppie di oggetti. Ogni forza deve avere due “attori”: un
soggetto che la esercita (e che a sua volta subisce un’azione uguale e contraria), ed
uno che la subisce. Ora, è nota a tutti la sensazione (illusoria) di essere scagliati verso
l’esterno, in direzione radiale, quando la nostra auto percorre un arco di curva. Ma
si deve escludere che questa sensazione sia dovuta all’azione di una forza,
semplicemente perché non esiste alcun soggetto che esercita questa forza. Chi esercita la
“forza centrifuga” Non c’è risposta a questa domanda.
Un passeggero su di un’auto in curva crede di essere tirato verso l’esterno, ma in
realtà mantiene soltanto la stessa direzione di velocità, che come abbiamo detto
è in ogni istante tangente alla traiettoria circolare.
Se non ci fosse l’auto egli volerebbe in direzione tangenziale non appena inizia la
curva. Nel frattempo invece, la macchina gli si muove sotto ed intercetta
continuamente la sua traiettoria rettilinea forzandolo verso il centro. Come si vede in
figura, lo spostamento dell’auto crea una valutazione errata, per cui egli pensa di
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