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Asimov e la misura della massa della Terra

Isaac Asimov, oltre da essere uno dei migliori scrittori di libri di fantascienza, era anche un divulgatore scientifico straordinario (non per niente ha ottenuto un dottorato in biochimica, insegnando poi come professore associato all’Università di Medicina di Boston).
Anche per questa sua enorme cultura scientifica, i suoi racconti di fantascienza sono molto verosimili e tutt’ora entusiasmano milioni di lettori (se volete leggere qualcosa vi consiglio “Io, robot” per iniziare, anche se il culmine delle sue opere è sicuramente “Il ciclo delle fondazioni“).

Leggendo la sua splendida opera di divulgazione, tradotta in italiano come “Il libro di Fisica“, non si può che rimanere affascinati dal suo stile chiarissimo più applicativo che teorico che descrive gli esperimenti fatti nella storia per scoprire le regole fondamentali che governano il mondo e l’universo. Ciò che sembra noioso a scuola diventa entusiasmante con Asimov.

In questo post voglio darvi un breve esempio di questo stile spiegando come Lord Cavendish sia riuscito (nel 1797!) a calcolare la massa della Terra con un esperimento tanto semplice quanto geniale (aggiungerò anche un po’ di informazioni dal web già che ci sono).

Il “peso” della Terra

Dalle scuole superiori conosciamo tutti la legge di Newton che afferma che due masse qualsiasi vengono attratte tra loro secondo la legge qui sotto, che in parole povere indica che l’attrazione tra due corpi aumenta all’aumentare delle loro masse e al diminuire della distanza.

Praticamente Newton ci informa che se volete attrarre la Canalis dovete metter su un bel po’ di chili e farvi trovare nei paraggi al momento giusto.
Il problema però è nella G, una costante che nessuno a quei tempi conosceva, perchè veramente minuscola (ed ecco quindi perchè la Canalis non vi degna di uno sguardo).

Una volta conosciuta quella G, sarebbe stato possibile trovare la massa della terra ribaltando la conosciuta formula dell’accelerazione gravitazionale g (9,8 m/s):

Massa terra

Lord Henry Cavendish in tutto il suo splendore

Lord Henry Cavendish in tutto il suo splendore (clicca per ingrandire)

Quindi, come trovare quella costante G ?

Bhe, per farlo è “sufficiente” misurare la forza gravitazionale che agisce tra due corpi di massa e distanza nota, ovviamente!
Il problema enorme era inventarsi uno strumento che riuscisse a monitorare queste minuscole attrazioni, si parla di numeri infinitesimali che in quel periodo sembravano assolutamente incalcolabili.

Il fisico inglese Henry Cavendish, uomo ricco e nevrotico che morì in un isolamento quasi totale, effettuò invece uno dei più abili esperimenti mai realizzati e riuscì a trovare G con una precisione straordinaria per i tempi.

Per farlo prima di tutto costruì una bilancia di torsione, cioè attaccò due sfere all’estremità di un’asta (molto leggera) e sospese questo strano “manubrio” ad un sottile filo.
Poi mise due palle di massa molto maggiore in prossimità delle due sfere attaccate all’estremità dell’asta, da parti opposte, in modo che “attraessero” le due sfere facendo ruotare l’asta (come si vede bene dallo schema sotto). Il manubrio subì effettivamente una piccola rotazione, non visibile all’occhio umano ma calcolata da Cavendish sfruttando la precisione di calcolo ottenuta osservando la diversa riflessione di un raggio di luce su di uno specchio posto sul filo in torsione.

Schema dell'esperimento di Cavendish

Schema dell'esperimento di Cavendish

Facendo numerosi tentativi con sfere di diverse tipologie e peso, inserendo la “bilancia” in una posizione al riparo (per quanto possibile nel XVIII secolo…) da venti o altre forze gravitazionali, Cavendish trovò un valore di G vicinissimo a quello reale, con un errore inferiore all’1%: 6.74 × 10−11

Dalla seguente immagine ci si può fare un’idea dello strumento, più complesso di come descritto, ma solo per i mille accorgimenti presi per aumentarne la precisione.

La bilancia di torsione di Cavendish

La bilancia di torsione di Cavendish

Che dire? Applausi a Cavendish!

Questo è solo un esempio di come Asimov descrive le scoperte della scienza, vi consiglio di acquistare il libro, che parla anche di astronomia e chimica in modo molto semplice ma estremamente efficace.

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  1. nos85
    1 ottobre 2009 alle 19:22

    Tutto il contrario del mio incomprensibile libro di fisica del liceo, ci vorrebbe più criterio nella scelta dei libri di testo!

    http://marconos.wordpress.com/

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