giovedì 24 settembre 2015

La velocità della Terra


Ciao a tutti amanti della fisica!
 Durante la vita quotidiana non abbiamo mai la sensazione che il nostro pianeta si stia muovendo, eppure sappiamo che non è così.
La Terra ruota attorno al proprio asse, motivo per cui distinguiamo notte e giorno, ma non abbiamo mai sentore che ciò avvenga. Sappiamo anche che stiamo orbitando attorno al Sole, per cui possiamo suddividere l'anno in stagioni, ma non abbiamo certo l'impressione di muoverci. Insomma, non siamo abituati all'idea che il nostro pianeta si stia muovendo, ma sappiamo che la velocità della Terra è composta da diversi termini. In quest'articolo calcoleremo il valore della velocità a cui ci stiamo muovendo: il risultato finale vi lascerà a bocca aperta!

 Prima di cominciare chiediamoci però perché non ci accorgiamo del nostro movimento nello spazio. Dopotutto anche quando siamo in macchina viaggiamo a una certa velocità, ma in quel caso siamo ben coscienti di essere in movimento.

 I fenomeni che rispondono a quest'obiezione sono due. Innanzitutto è evidente che, mentre siamo in macchina, un'indicazione del nostro stato di moto ci è fornita dall'ambiente esterno. Se ci troviamo in
A volte la velocità in macchina è effettivamente nulla
una città vediamo che le case sfrecciano accanto a noi, ma dato che normalmente le case non si muovono ai 50 Km/h deduciamo che siamo noi a spostarci. Se però la macchina fosse del tutto chiusa e noi non avessimo modo di guardare all'esterno non saremmo in grado di capire a che velocità ci stiamo muovendo *(a patto che la velocità rimanga costante, ovvero che non vi sia alcuna accelerazione) .

 
Ciò è dovuto al fatto che le leggi della fisica sono sempre le stesse, indipendentemente dalla velocità di chi le sta testando, ma questa è un'altra storia...

 Sulla Terra la nostra situazione è simile: ci muoviamo a velocità pressoché costante, ma sono ben pochi gli elementi che ci permettono di dedurre che ci stiamo muovendo.

Esiste però un secondo fenomeno che ci permette di capire che ci stiamo muovendo, anche senza poter osservare il mondo esterno: l'accelerazione. In un'auto chiusa siamo comunque in grado di percepire le variazioni nella velocità: se l'automobile frena bruscamente noi veniamo sbalzati in avanti. Allo stesso modo, se l'autista accelera noi ci sentiamo spinti all'indietro. In effetti, anche la Terra è soggetta a una certa accelerazione, anche se di tipo diverso, ma la variazione della sua velocità è talmente ridotta che noi non ce ne accorgiamo nemmeno.

 Un ultimo appunto prima di considerare la velocità vera e propria:
Stiamo cercando di stabilire quale sia la nostra velocità. Il punto è che dobbiamo precisare rispetto a chi la stiamo calcolando. In parole semplici: un astronauta che ci osservasse dal Sole vedrebbe che noi ci muoviamo con una certa velocità, mentre uno che si trovasse nel centro della Galassia troverebbe una velocità diversa. Il punto di vista finale che assumeremo noi sarà quest'ultimo.

Rotazione attorno all'Asse Terrestre
Il punto di vista che adottiamo è questo
 Dunque, fin da bambini ci insegnano che la Terra ruota su se stessa. Stimeremo allora la velocità di un uomo che si trova sull'equatore, ovvero il più lontano possibile dall'asse di rotazione. Il conto non è difficile: sappiamo che la Terra compie un giro completo in 24 ore, e conosciamo anche la distanza percorsa da un punto sull'equatore in quest'arco temporale: circa 40000 Km (ovvero l'equatore stesso). In sostanza stiamo calcolando la velocità con cui il Kenya si sta muovendo rispetto al centro della Terra. Faremo uso della prima formula che si insegna a fisica: la velocità è uguale allo spazio percorso diviso il tempo impiegato a percorrerlo.

 Il calcolo ci porta a stimare che la Terra ruota su se stessa a una velocità massima di 1667 Km/h **(questo vale per il Kenya, che è sull'equatore. L'italia invece si muove "solamente" a 1178,5 Km/h)
. Se questo vi sembra tanto, paragonato ai 130 Km/h che fate in autostrada, aspettate di leggere il resto!

Velocità orbitale attorno al Sole
 Un'altra cosa che ci insegnano da piccoli è che è la Terra che si muove attorno al Sole, e non viceversa, ma non dovremmo occuparci di questo fenomeno con troppa leggerezza: della gente è stata uccisa o sottoposta a ingiustizie quando l'Inquisizione ha etichettato l'eliocentrismo come eresia. L'idea di scrivere quest'articolo mi è venuta proprio davanti alla tomba di Galileo Galilei, uno dei simboli di quanto sia stato difficile affermare questa teoria. Noi ora ci limiteremo a calcolare la velocità della Terra attorno al Sole, ma ci tenevo a fare presente questo punto.

 Dunque, il problema è fondamentalmente lo stesso di prima,
Il nostro riferimento è ora questo
cambiano solo le quantità in gioco. Sappiamo che la Terra impiega 365 giorni a completare un'orbita intera, ovvero 8760 ore. La distanza media Terra-Sole vale circa 150 milioni di Km. Ora, l'orbita terrestre è ellittica, ma si tratta di un ellisse molto simile a una circonferenza. Potremo quindi calcolare la distanza percorsa dalla Terra in un anno sfruttando le comuni regole per il moto circolare. Con quest'approssimazione risulta che la lunghezza dell'orbita terrestre è circa 942 milioni di Km.

 A questo punto è sufficiente riapplicare la formula di prima per trovare che la velocità della Terra attorno al Sole è di circa 107534 Km/h! Davvero impossibile da paragonare con le velocità che osserviamo tutti i giorni, ma c'è dell'altro...

 Velocità orbitale attorno al Centro della Galassia
 L'ultimo riferimento che adottiamo è quello del centro della
La Via Lattea diventa ora il nostro sistema di riferimento
Galassia. Difatti, esattamente come la Terra orbita attorno al Sole, anche il Sole orbita attorno alla Galassia. Per la precisione ci troviamo sul bordo della Via Lattea, quindi piuttosto lontani dal centro.
 Non insisto troppo sul ragionamento perché ormai avrete capito come funziona. Per farla breve:
  • L'orbita descritta dal Sole attorno al Centro Galattico è lunga circa 1476607800000000000 Km.
  • Il Sole impiega circa 230 milioni di anni a percorrerla tutta.

Calcoliamo quindi che la velocità del Sole attorno al centro della Galassia è di ben 732880 Km/h! Insomma, stando a questi risultati, percorriamo ogni secondo circa 200 Km. 

Possiamo allora calcolare la velocità massima della Terra, che altro non sarà che la somma di queste tre velocità. In questo modo si ottiene la quantità inimmaginabile di 842081 Km/h, che rappresenta a tutti gli effetti la velocità della Terra attorno al centro della Galassia.

 Si tratta di grandezze alle quali non siamo abituati, ma che ci danno un'idea di quali quantità entrino in gioco quando si cerca di studiare sistemi astronomici, come una Galassia. A ciò si aggiunge il fatto che ci siamo limitati a calcolare la velocità della Terra attorno al centro della Via Lattea, ma in realtà anche la Galassia si sta muovendo rispetto a un ammasso di galassie ancora più grande, che a sua volta si sta muovendo rispetto a quello che chiamiamo Superammasso. Infine, come vedremo certamente in futuro, l'Universo stesso si sta espandendo, quindi dovremmo considerare un'ulteriore accelerazione legata a quest'effetto. Insomma, volendo si potrebbe continuare ancora per un bel po'!

 Grazie per aver letto fin qui,

Giulio




 Immagini tratte da:
www.sostenitori.info
www.autoblog.it
it.virtualarena.wikia.com
www.nextme.it
https://it.wikipedia.org/wiki/Via_Lattea
 

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