Fisica 5°G anno scolastico 2006/2007

Premessa sui campi

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Originariamente non esisteva niente( spazio, né tempo), poi improvvisamente si è rotto l'equilibrio in cui permaneva il non spazio e improvvisamente apparve l'universo e con esso lo spazio e il tempo. Il Big Bang fu e con esso l'universo. Ci fu un'esplosione e dal caos a temperatura infinita si passo ad un universo sempre più vasto e freddo. Ciò che rappresentava l'essenza dell'universo cominciò a riorganizzarsi in modo diverso man mano che la temperatura diminuiva. Oggi apparentemente non resta nulla di quanto caratterizzava l'universo nei primi istanti dopo il Big Bang. Quando la temperatura scese a 100.000.000° K apparve la luce e successivamente le altre particelle. Ogni riorganizzazione del quid che costituisce l'universo lascia nello spazio circostante un residuo che in qualche modo modifica le caratteristiche fisiche di ogni punto dell'universo. Attualmente associamo al concetto di campo queste informazioni presenti in ogni punto dell'universo. Abbiamo definito in prima istanza tre campi: Il campo elettrico, il campo gravitazionale e il campo magnetico.

Teniamo presente che l'universo si è adattato in modo da poter manifestarsi in queste condizioni estremamente avverse. La luce e i protoni, gli elettroni sono il risultato di questo riadattamento dell'universo alle basse temperature.

Studieremo successivamente che modificando le condizioni in un punto è possibile osservare ciò che esisteva liberamente pochi istanti dopo l'origine dell'universo. Per il momento studieremo i campi prendendo in considerazione gli oggetti che subiscono o "generano" i campi facilmente osservabili.

Ogni punto dell'universo ha sempre memoria di quanto è presente nello spazio circostante. L'informazione varia nel tempo e dipende sia da come si muovono gli enti fisici che caratterizzano l'universo sia da come gli stessi enti si evolvono nel tempo.

Nell'universo strutturato come oggi lo vediamo, in generale riusciamo a rilevare, a livello macroscopico, la presenza di masse e cariche elettriche.

Quidi siamo stati portati a definire separatamente i concetti di:

  • Campo gravitazionale.
  • Campo elettrico.
  • Campo magnetico.

In ogni caso ogni punto dello spazio ha caratteristiche fisiche diverse, in quanto in esso sarà presente l'informazione "INTENSITA' DI CAMPO". Possiamo pensare che in ogni punto vi sarà una differente intensità di campo (gravitazionale, elettrica e magnetica). Queste informazioni saranno trasmesse ad ogni oggetto o ente che occuperà in un certo istante detto punto.

Il concetto di campo fu intuito da Faraday e precisato da Maxwell partendo dallo studio del campo elettromagnetico. Il flusso e la circuitazione sono i due strumenti concettuali necessari per lavorare con i campi.
Per comprenderli partiamo dal campo delle velocità di un fluido.

Osservando un corso d’acqua notiamo:

  • Che esso è alimentato da sorgenti a partire dalle quali l’acqua fluisce;
  • Che può presentare vortici, ossia assi attorno ai quali l’acqua circola formando anelli o gorghi.

Per caratterizzare il fluire delle sorgenti e il circolare dell’acqua attorno ai vortici s'introducono i concetti di flusso e di circuitazione.

Il flusso rappresenta il volume d'acqua che attraversa una superficie nell’unità di tempo.

  • Se la superficie è chiusa e il flusso è positivo vuol dire che al suo interno vi sono sorgenti,
  • se è negativo vi sono pozzi; se è nullo non vi sono né sorgenti né pozzi.

La circuitazione del vettore velocità lungo una linea chiusa e orientata è la somma di v(x)d l. Se la circuitazione è diversa da zero la linea abbraccia un vortice(campo non conservativo). Se è nulla per qualunque linea chiusa che abbraccia l’asse, quell’asse non è un vortice(campo conservativo). Tali concetti possono essere generalizzati per qualsiasi campo, compreso il campo elettromagnetico.

Inoltre lo caratterizzano completamente. Fu Isaac Newton ad introdurre l'idea di azione a distanza ma fu
Michael Faraday, che respingendo tale ipotesi per le interazioni elettriche e magnetiche, assegnò il ruolo di “ente propagatore” alle linee di forza del mezzo interessato, ponendo così le basi per il moderno concetto di “campo”.

Prima di Newton non si accettava l’idea che sostanze inanimate potessero esercitare un’azione in un posto diverso da quello dove eranocollocate.
· Si escogitavano dei meccanismi per spiegare le azioni tra corpi distanti.
· La parola “attrazione” era respinta, perché portava a credenze occulte.
I ripetuti successi della teoria di Newton fecero accettare universalmente il concetto di azione a distanza, anche se lo stesso Newton, una volta trovata la formulazione matematica che rappresentava correttamente i fenomeni naturali, evitò speculazioni sulle possibili interpretazioni dell’interazione gravitazionale.

  • A Newton non sfuggiva la grave difficoltà d'immaginare che gli oggetti potessero essere sottoposti o agire con un'azione a distanza istantanea, capace di far sentire la sua influenza sulle enormi distanze di un universo infinito.La fisica matematica di Newton rompeva decisamente con la filosofia meccanicista, poiché ipotizzava l'interazione gravitazionale come un'azione a distanza istantanea attraverso lo spazio vuoto.
  • Ampère costruì una teoria matematica per l’interazione elettromagnetica tra correnti.
  • Faraday aveva un approccio diverso: tendeva a spiegare i fenomeni da un punto di vista geometrico o fisico.
  • Albert Einstein con la teoria della relatività generale descrive il fenomeno della gravitazione con una geometria non euclidea(Riemman) e non come l'azione immediata a distanza di una forza.

Riassumendo alla luce di quanto elaborato in questi ultimi 200 anni siamo giunti a considerare il campo come precisato sopra ossia:

All'interno dell'universo (il più grande dei campi possibili) ogni punto dello spazio ha caratteristiche fisiche diverse, in quanto in esso sarà presente l'informazione "INTENSITA' DI CAMPO".

Possiamo pensare che in ogni punto vi sarà una differente intensità di campo (gravitazionale, elettrica e magnetica). Queste informazioni saranno trasmesse ad ogni oggetto o ente che occuperà in un certo istante detto punto.

 

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