caduta libera

CADUTA LIBERA
Lo Space Shuttle orbita attorno alla Terra a circa 300 Km di quota. A quella distanza dalla
superficie terrestre g = 9.2 m/s2, un valore che non è molto inferiore a quello che si ha sulla
superficie della Terra. Pertanto la forza di attrazione gravitazionale non è certamente zero sullo
Shuttle. Tant’è vero che tale forza fa sì che la navetta continui a girare intorno alla Terra. Sembra
che gli astronauti non abbiano peso perché lo Shuttle è costantemente in caduta libera. La loro
condizione viene chiamata assenza di peso o imponderabilità.
Ricordiamo che la percezione cha abbiamo del nostro peso deriva dalle altre forze che lo
equilibrano. Quando siamo su una bilancia i nostri piedi percepiscono la forza esercitata si di noi
dalla bilancia. La bilancia è tarata in modo da misurare la forza che essa deve esercitare (mediante
la compressione delle sue molle) per equilibrare il nostro peso. La forza che equilibra il nostro peso
è il nostro peso apparente.
Il lancio dello Shuttle è verticale per attraversare nel tragitto più breve gli starti più densi
dell’atmosfera. Poi la traiettoria diventa sempre più inclinata fino a diventare orizzontale quando
vengono spenti i motori e viene abbandonato il serbatoio dell’idrogeno e dell’ossigeno. In questa
situazione la navicella è alla velocità ed alla quota prevista.
Rielaborazione di un disegno usato da Newton
che mostra le traiettorie che un corpo seguirebbe
se venisse “sparato” con velocità di lancio
diverse dalla cima di un grattacielo (montagna).
Il grattacielo dovrebbe essere alto più di 150 km
affinché la sua cima si trovi al di sopra
dell’atmosfera terrestre per non tener conto della
resistenza dell’aria.
Ma quanto deve valere la velocità di un corpo affinché possa orbitare attorno alla Terra?
Una palla di cannone che percorra in un secondo una distanza orizzontale di 8 km cade
contemporaneamente verso la Terra di 4.9 m, un tratto ch3 è esattamente uguale al tratto di cui,
sulla stessa distanza orizzontale, la superficie terrestre, a causa della propria curvatura, sfugge al di
sotto della palla di cannone. In definitiva, un corpo che avesse una velocità iniziale orizzontale di
circa 8 Km/s = 28 800 Km/h resterebbe sempre alla stessa quota e continuerebbe a girare attorno
alla Terra come un satellite artificiale.
Esperimento. Come misurare il peso di un corpo? O stando in piedi su una bilancia pesapersone o
appendendoci a un dinamometro. Il pesapersone è un dinamometro che lavora in compressione.
Lasciamo cadere un dinamometro con dei pesetti agganciati e osserviamo il peso misurato durante
la caduta libera.
Nota. Le forze possono essere misurate o per via statica (con il dinamometro) oppure dinamica
(misurando l’accelerazione). Così come le masse possono essere misurate per via dinamica ( massa
inerziale) o per via statica (massa gravitazionale).
Esercizio. Un uomo di massa m sta in piedi su una bilancia fissata sul pavimento