Forza gravitazionale: Newton
Partendo dalla terza legge di Keplero, Newton ha dimostrato
che la forza che si esercita tra due masse M1 e M2 è direttamente proporzionale
al prodotto delle masse e inversamente proporzionale al quadrato delle
distanze.
In formula:
In questa formula G= 6,67 10 -11.
Da quanto detto risulta che per rilevare una forza dell'ordine di 1 Newton Dobbiamo far interagire a breve distanza masse enormi dell'ordine dei milioni di Kilogrammi, ossia non è possibile rilevare l'azione della forza di gravità tra due oggetti di massa trascurabile (tra una matita e una gomma).
E' possibile rilevare la forza tra un oggetto di massa trascurabile ed un'altra massa enorme ( tra una matita e la terra). Nell'esperienza quotidiana misuriamo la forza peso degli oggetti posti ad una quota tra 0 e 1000 metri dal suolo. In questo contesto la forza agente è del tipo F=m g, dove g è la forza gravitazionale F/m e risulta essere praticamente costante e pari a g=9,81 m/sec 2. A volte indicheremo questa forza col simbolo Pe la chiameremo forza peso.
Forza elettrica:la legge di Coulomb
Con elettrostatica si intende la teoria che studia l'effetto di forza
dovuto a cariche elettriche immobili su un oggetto carico.
Si chiama carica elettrica la quantità di elettricità positiva
o negativa di un corpo, essa è sempre un multiplo intero della
carica elementare (presente su elettroni(-) o protoni(+)) e = 1,602·10-19
[C].
Le più piccole quantità di carica elettrica esistenti sono:
- la carica dell'elettrone, pari a -e.
- la carica del protone +e.
Come verificato nel film della Esso, la forza che si esercita tra due cariche "F" di attrazione (cariche di segno opposto) o di repulsione (cariche di uguale segno) fra due cariche puntiformi Q1 e Q2 immerse in un mezzo isolante è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche ed inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza ossia in formula:
La direzione della forza è la retta passante per le due cariche.
La costante K vale 9 10 9 nel vuoto o nell'aria.
Pertanto è possibile rilevare forze elettriche anche tra corpi su cui siano presenti cariche estremamente piccole dell'ordine del milionesimo di Coulomb.
La grandezza e prende il nome di costante dielettrica assoluta del vuoto e vale :
Per un mezzo diverso dal vuoto si è soliti esprimerla come prodotto
tra la costante dielettrica del vuoto e la costante dielettrica relativa
del mezzo:
ε = εo
· εr .
Nel caso dell'acqua er vale 79, ossia nell'acqua la forza elettrica si abbassa di 79 volte e tale diminuzione dell'intensità è sufficiente per la rottura dei legami ionici (è sufficiente il moto browniano).
Principio di sovvrapposizione degli effetti
Per determinare la forza agente sul bersaglio (massa bersaglio per il gampo gravitazionale o carica bersaglio per l'elettrostatica) è possibile utilizzare il principio di sovvrapposizione degli effetti.
Tale pricipio afferma che la forza risultante agente è la somma vettoriale delle forze determinate tra ogni sorgente e il bersaglio (somma di vettori! -> risultante).
Confronto tra gravitazione e elettrostatica.
| . | Gravità |
Elettrostatica |
| Sorgente | le Masse | le cariche elettriche |
| azione | sempre attrattiva | cariche uguali repulsiva - cariche opposte attrattiva |
| Costante di proporzionalità | G estremamente piccola e pertanto si misurano forze solo tra massi enormi | K estremamente grande. E' rilevabile una forza tra cariche estremamente piccole |
| Costante di proporzionalità | G è una costante universale | K varia a secondo del mezzo materiale in cui si opera. |
| Principio di sovvrapposizione degli effetti | Si |
Si |
| Forze agenti a distanza | Si |
Si |