Qual è la legge di gravitazione universale di Newton?

Quando la NASA invia razzi nello spazio, deve fare i conti con molto di più del semplice addestramento degli astronauti, carichi di carburante e un obiettivo generale della missione. Gli astrofisici che pianificano i viaggi nello spazio devono anche fare i conti con le leggi fondamentali della fisica. La principale tra queste è la legge di gravitazione universale di Sir Isaac Newton.

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• Qual è la legge di gravitazione universale di Newton?
• Qual è la storia della legge di gravitazione universale?
• Quali sono alcune applicazioni della legge di gravitazione universale?
• Scopri di più sulla MasterClass di Chris Hadfield

Qual è la legge di gravitazione universale di Newton?

La legge di gravitazione universale di Newton afferma che due corpi nello spazio si attraggono con una forza proporzionale alle loro masse e alla distanza tra loro. Per grandi oggetti che orbitano l'uno sull'altro, ad esempio la luna e la Terra, ciò significa che esercitano effettivamente una forza notevole l'uno sull'altro. Può sembrare che la luna stia orbitando attorno a una Terra relativamente statica, ma in realtà la luna e la Terra stanno ruotando attorno a un terzo punto tra di loro. Quel punto è chiamato baricentro.

Secondo i termini della legge di Newton, ogni oggetto nell'universo attrae ogni altro oggetto con una forza misurabile (per quanto lieve). La forza è:

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• Direttamente proporzionale al prodotto delle masse di due oggetti
• Inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra gli oggetti

Questo principio può essere espresso nell'equazione: F = G mM / r^2

All'interno di questa equazione:

• F è la grandezza della forza
• m è la massa dell'oggetto più piccolo
• M è la massa dell'oggetto più grande
• r è la distanza tra i centri di massa degli oggetti
• G è la costante gravitazionale

Qual è la storia della legge di gravitazione universale?

Sir Isaac Newton è stato il primo scienziato ad articolare in modo specifico il concetto di forza gravitazionale e i suoi scritti hanno descritto in dettaglio come l'attrazione gravitazionale influenzi sia gli oggetti in caduta che i movimenti dei corpi celesti.

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Tuttavia, Newton si è appoggiato alle osservazioni e alle teorie di altri matematici e fisici, tra cui: Max Kepler; Robert Hooke; Edmund Halley; e Christopher Wren.

Oltre 100 anni dopo la pubblicazione del suo lavoro da parte di Newton, il fisico inglese Henry Cavendish ha articolato il concetto di costante gravitazionale G . Tra le altre cose, il lavoro di Cavendish ha contribuito a stabilire un valore accurato per la massa totale della Terra. (Quando si utilizza l'equazione di Newton per misurare gli effetti gravitazionali della Terra su un oggetto terrestre, M rappresenterebbe la massa della Terra e m rappresenterebbe la massa dell'oggetto terrestre.)

Quali sono alcune applicazioni della legge di gravitazione universale?

La legge di gravitazione universale si applica a molti argomenti all'interno della scienza moderna. Questi argomenti includono:

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• Maree (create dall'attrazione gravitazionale della luna sulla Terra)
• L'interazione tra due oggetti terrestri
• L'interazione tra un oggetto terrestre e la Terra stessa
• Astrofisica, incluso il modo in cui i corpi celesti esercitano forza l'uno sull'altro e su oggetti molto più piccoli, come i veicoli spaziali.

Per un'astronave in orbita o in uscita dalla Terra, poiché la massa dell'astronave rispetto alla Terra è piccola, l'astronave non esercita molta forza sulla Terra. L'implicazione principale per il volo spaziale è che la forza di gravità sull'astronave diminuisce all'aumentare della distanza tra l'astronave e la Terra. Infatti, la forza diminuisce rapidamente, poiché viene divisa per la distanza al quadrato.

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