Il primo principio della dinamica
Le tappe storiche
Aristotele pensava che lo stato naturale dei corpi fosse la quiete e che per mantenere costante la velocità di un corpo fosse necessaria una forza. L’esperienza quotidiana ci fa credere erroneamente che l’idea di Aristotele non fosse poi tanto strana. Un ciclista deve pedalare, cioè applicare una forza, per mantenere la velocità costante su una strada orizzontale. Un automobilista deve tenere il piede sull’acceleratore, in modo che il motore applichi una forza per evitare che l’auto si fermi.
All’inizio dell’XVII secolo, Galileo Galilei contestò l’intuizione di Aristotele, sostenendo il contrario: un corpo mantiene la sua velocità solo se su di esso non agiscono forze. Secondo Galileo, la forza è necessaria per vincere l’attrito che un corpo incontra mentre si muove; però, se si riuscisse a eliminare l’attrito, il corpo in moto continuerebbe a muoversi di moto rettilineo uniforme.
Nel XVII secolo Isaac Newton riprese le idee di Galileo e stabilì che non è necessaria una forza per mantenere costante la velocità di un corpo, mentre la forza è senz’altro indispensabile per cambiare la velocità.
L’esperimento di Galileo
Le intuizioni di Galileo sul moto dei corpi derivano da esperimenti come quello che descriviamo dio seguito.
La pallina accelera, scendendo lungo il piano inclinato di sinistra. Poi risale sul piano di destra che ha la stessa inclinazione del precedente, diminuendo man mano la sua velocità e arrivando alla stessa altezza iniziale. L’esperimento viene ripetuto diverse volte, variando l’inclinazione del secondo piano. Si osserva che:
In base a queste osservazioni Galileo immagina cosa accadrebbe, se il secondo piano inclinato fosse orizzontale: egli conclude che la sfera continuerebbe a muoversi con la stessa velocità raggiunta alla base del primo piano inclinato. Quindi possiamo affermare che:
un corpo in moto se non viene ostacolato continua a muoversi con velocità costante.
Ma, un autoveicolo che si muove ad una certa velocità con le ruote libere di girare, diminuisce gradualmente la sua velocità fino a fermarsi. Questo avviene per vie della resistenza dell’aria e di quella d’attrito, che costituiscono forze esterne che si oppongono al moto.
L’enunciato del primo principio della dinamica
Le idee di Galileo furono riprese cinquant’anni dopo da Newton, che enunciò il primo principio della dinamica:
un corpo rimane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, finché non interviene una causa esterna a variare il suo stato.