Che cos’è la gravità: da dove nasce la forza che attrae i corpi

La gravità è una delle quattro forze fondamentali dell’universo, che influenza il movimento degli oggetti in base alla loro massa e alla loro distanza reciproca. Questa forza è presente ovunque nell’universo e governa i movimenti delle stelle, dei pianeti, delle lune e di ogni altra cosa che abbia massa.

La legge di gravitazione universale è stata formulata per la prima volta dal celebre scienziato inglese Isaac Newton nel 1687. Secondo questa legge, ogni oggetto nell’universo esercita una forza gravitazionale su ogni altro oggetto, proporzionale alla loro massa e inversamente proporzionale alla distanza tra di essi. In altre parole, più due oggetti sono vicini l’uno all’altro, maggiore è la forza gravitazionale tra di essi, mentre più sono distanti l’uno dall’altro, minore è la forza.

La legge di gravitazione universale di Newton ha rivoluzionato la nostra comprensione dell’universo e ha fornito un’importante spiegazione per il movimento dei corpi celesti. In particolare, questa legge ha permesso di spiegare la legge di Keplero sulle orbite planetarie e di prevedere la presenza di pianeti al di là della nostra stella.

Oggi sappiamo che la gravità è una forza relativistica, che significa che è influenzata dalla curvatura dello spazio-tempo. Questa teoria è stata sviluppata dallo scienziato tedesco Albert Einstein nella sua teoria della relatività generale, che ha fornito una spiegazione più completa della gravità rispetto alla legge di gravitazione universale di Newton.

In sintesi, la gravità è una forza fondamentale dell’universo che influisce sul movimento degli oggetti in base alla loro massa e alla loro distanza reciproca. La legge di gravitazione universale di Newton ha fornito una spiegazione importante per il movimento dei corpi celesti, mentre la teoria della relatività generale di Einstein ha fornito una spiegazione più completa e precisa della gravità.

Che differenza c’è tra gravità e peso?

Gravità e peso sono due concetti differenti, anche se spesso vengono confusi o utilizzati in modo improprio.

La gravità è una forza naturale che esiste tra ogni coppia di oggetti che hanno massa. La forza di gravità è proporzionale alla massa degli oggetti e inversamente proporzionale alla distanza tra di essi. In altre parole, maggiore è la massa di un oggetto, maggiore è la sua forza di attrazione gravitazionale. Allo stesso modo, più due oggetti sono vicini, maggiore sarà la forza di gravità che li attira l’uno verso l’altro.

Il peso, d’altra parte, è una misura della forza con cui un oggetto viene attratto verso il basso dalla forza di gravità. In altre parole, il peso di un oggetto è la forza con cui l’oggetto viene “spinto” verso il suolo dalla forza di gravità.

In pratica, il peso di un oggetto sulla Terra dipende dalla sua massa e dalla forza di gravità esercitata dalla Terra su quell’oggetto. Poiché la forza di gravità sulla Terra è costante (circa 9,8 m/s^2), il peso di un oggetto sulla Terra può essere calcolato moltiplicando la sua massa per l’accelerazione di gravità.

In sintesi, la differenza tra gravità e peso è che la gravità è una forza naturale di attrazione tra due oggetti, mentre il peso è una misura della forza con cui un oggetto viene attratto verso il basso dalla forza di gravità sulla Terra.

Cosa si intende per “gravità zero”?

Il termine “gravità zero” è spesso usato in riferimento allo stato di assenza di gravità, ma in realtà non esiste un vero e proprio stato di gravità zero.

La gravità è una forza fondamentale dell’universo e influisce su tutti gli oggetti che hanno massa. Anche gli astronauti in orbita intorno alla Terra o alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) sono soggetti alla forza di gravità, che è solo leggermente più debole rispetto a quella che sentiamo sulla superficie terrestre.

Tuttavia, gli astronauti in orbita sembrano fluttuare in uno stato di apparente “gravità zero” perché si muovono in modo parabolico, cadendo continuamente verso la Terra ma allo stesso tempo mantenendo un’orbita costante intorno ad essa. Questo effetto è noto come “caduta libera” e fa sì che gli oggetti in orbita sembrino fluttuare senza peso.

Inoltre, in presenza di una forza centrifuga, come nel caso di una navicella spaziale che ruota su se stessa, gli oggetti all’interno della navicella possono sembrare soggetti a una forza di gravità zero, perché la forza centrifuga e la forza di gravità si bilanciano tra loro.

In sintesi, il concetto di “gravità zero” è una semplificazione e una generalizzazione usata per descrivere la sensazione di leggerezza e fluttuazione che si prova in orbita o in altri contesti in cui la forza di gravità è notevolmente ridotta o bilanciata da altre forze. Tuttavia, la gravità è sempre presente e influisce sul movimento degli oggetti, anche se in modo meno evidente rispetto a situazioni in cui la gravità è più forte.

Un astronauta si trova in una navicella, in orbita attorno alla Terra alla distanza di circa 500 km dal suolo. Perché l’astronauta percepisce di essere privo di peso?

L’astronauta percepisce di essere privo di peso perché la navicella spaziale in cui si trova sta cadendo continuamente verso la Terra in modo parabolico, mantenendo un’orbita costante intorno ad essa. Questo effetto è noto come “caduta libera” e fa sì che gli oggetti all’interno della navicella sembrino fluttuare senza peso.

In particolare, la navicella spaziale e tutto ciò che contiene si muovono alla stessa velocità e nella stessa direzione dell’orbita, in modo che la forza di gravità che agisce sulla navicella e sull’astronauta si bilanci con la forza centrifuga generata dal movimento dell’orbita. In questo modo, la navicella spaziale sembra fluttuare nello spazio come se non ci fosse la forza di gravità che la tiene attratta alla Terra.

In altre parole, l’astronauta non percepisce il peso perché non ci sono forze che lo spingono verso il basso. Tuttavia, la forza di gravità è ancora presente e agisce sia sulla navicella che sull’astronauta, ma il movimento dell’orbita fa sì che questa forza si bilanci con altre forze, dando l’impressione di essere in uno stato di “gravità zero”.

Cosa sono i gravitoni?

I gravitoni sono particelle teorizzate nella fisica teorica che dovrebbero trasmettere la forza di gravità. Secondo la teoria della relatività generale di Einstein, la forza di gravità è il risultato della curvatura dello spazio-tempo, ma finora non è stato identificato alcun mediatore particellare per questa forza.

La teoria quantistica dei campi, che descrive le particelle e le loro interazioni a livello subatomico, suggerisce che esistano particelle chiamate “bosoni di gauge” che mediano l’interazione tra particelle con carica elettrica, come i fotoni per la forza elettromagnetica o i bosoni W e Z per la forza nucleare debole.

Si ipotizza che i gravitoni possano essere i bosoni di gauge per la forza di gravità, ma finora non è stato possibile osservarli direttamente sperimentalmente. Inoltre, la relatività generale non è facilmente conciliabile con la teoria quantistica dei campi, rendendo la ricerca di una teoria unificata della gravità e delle altre forze fondamentali un importante obiettivo della fisica teorica.

Cosa sono le onde gravitazionali?

Le onde gravitazionali sono fluttuazioni del tessuto dello spazio-tempo che si propagano attraverso l’universo alla velocità della luce. Sono previste dalla teoria della relatività generale di Einstein, che afferma che gli oggetti massivi che si muovono generano onde nello spazio-tempo.

Le onde gravitazionali sono prodotte da eventi violenti nell’universo, come la collisione di due stelle di neutroni, la fusione di due buchi neri o l’esplosione di una supernova. Questi eventi generano grandi quantità di energia che si propagano sotto forma di onde gravitazionali.

Poiché le onde gravitazionali sono estremamente deboli, per rilevarle è necessario utilizzare strumenti altamente sofisticati, come i rivelatori di interferometria laser. Questi strumenti sono in grado di rilevare le fluttuazioni dello spazio-tempo causate dalle onde gravitazionali.

La scoperta delle onde gravitazionali è stata un’importante conferma della teoria della relatività generale di Einstein e ha aperto nuove possibilità per l’osservazione dell’universo, consentendo agli astronomi di studiare eventi estremi come le collisioni di buchi neri e stelle di neutroni.

Quanto è grande la forza di gravità vicino a un buco nero? 

La forza di gravità in prossimità di un buco nero è estremamente intensa a causa della sua enorme massa concentrata in una regione estremamente piccola dello spazio. In teoria, la forza di gravità diventa infinitamente forte al centro di un buco nero, noto come singolarità gravitazionale.

Tuttavia, la forza di gravità in prossimità di un buco nero può essere calcolata utilizzando la legge di gravitazione universale di Newton o la teoria della relatività generale di Einstein, a seconda della situazione. In entrambi i casi, la forza di gravità aumenta all’aumentare della massa del buco nero e diminuisce all’aumentare della distanza dal buco nero.

Ad esempio, se un oggetto si avvicina a un buco nero, la forza di gravità aumenterà man mano che l’oggetto si avvicina alla regione di forte gravità vicino al buco nero. Se l’oggetto entra nella cosiddetta “sfera di influenza” del buco nero, la forza di gravità diventa così intensa che l’oggetto non può più sfuggire all’attrazione gravitazionale del buco nero, e verrà inevitabilmente inghiottito.