Il Primo Principio della dinamica – Enunciato e commento

In questo articolo andremo ad enunciare e commentare il primo principio della dinamica nella formulazione classica e nella formulazione moderna:

Nella formulazione classica il Primo Principio della dinamica (detto anche Principio di Inerzia) afferma che:

“Qualunque punto materiale non soggetto ad alcuna forza, o rimane in quiete oppure si muove di moto rettilineo uniforme”

Nella formulazione moderna il Primo Principio della dinamica afferma che:

“Esiste almento un Sistema di Riferimento inerziale”

ovvero un SdR rispetto al quale un punto materiale non soggetto a forze o è in quiete oppure si muove di moto rettilineo uniforme.

Il primo principio descrive il moto di un punto materiale non soggetto a forze. Per studiare sperimentalmente tale moto occorre eliminare tutte le forze che agiscono su di esso. Le forze meccaniche (cordicelle che trainano, molle, ecc.) possono essere eliminate assicurandosi che non ci siano contatti meccanici. Le forze idrostatiche (spinta di Archimede) possono essere eliminate assicurandosi che il punto materiale non sia immerso in un liquido. Eventuali vincoli che limitino la libertà di movimento del punto materiale possono essere eliminati. Le forze di interazione (elettriche, magnetiche, gravitazionali, ecc.) possono essere eliminate allontanandosi dalla Terra o da altri corpi celesti e da ogni possibile sorgente di campo elettrico o magnetico. Gli attriti possono essere ridotti con opportuni accorgimenti (cuscini d’aria, ecc.).
Eliminate tutte queste forze, non siamo tuttavia ancora sicuri che il punto materiale non sia soggetto a forze: esistono ancora le forze inerziali (dette anche forze apparenti o forze fittizie). Tali forze dipendono dal SdR. L’unica maniera per eliminare le forze inerziali consiste nel porsi in un SdR in cui esse non siano presenti (SdR inerziale). Tuttavia l’esistenza dei SdR inerziali non è affatto ovvia: dati molti corpi, molto lontani gli uni dagli altri (in modo da annullare le forze meccaniche, idrostatiche, i vincoli, le forze di attrito e le forze di interazione), si può sempre facilmente trovare un SdR in cui
ciascuno di essi, separatamente, si muove di moto rettilineo uniforme. Nessuna considerazione logica ci può invece assicurare che esista un SdR in cui tutti questi corpi siano in moto rettilineo uniforme. Per questo motivo l’esistenza di SdR inerziale è un principio fisico, derivato dall’esperienza, ed è l’essenza del principio di inerzia.

Nell’idea di Newton un SdR inerziale è un SdR in quiete con un presunto “spazio assoluto” (o “etere”) oppure in moto rispetto allo “spazio assoluto” con moto traslatorio, rettilineo e uniforme. Nell’idea di Mach lo “spazio assoluto” non esiste e un SdR inerziale è un SdR in quiete rispetto alla globalità della massa dell’Universo (oppure in moto rispetto a esso con moto traslatorio, rettilineo e uniforme). L’idea della fisica moderna (Teoria della Relatività Generale) è un’evoluzione dell’idea di Mach: il SdR inerziale è determinato dai campi gravitazionali locali che hanno origine da tutta la materia dell’Universo, vicina e lontana; tuttavia, una volta che ci si è posti in un SdR inerziale, le leggi del moto non sono più affette dalla distribuzione della massa nell’Universo.

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