Eccoci giunti alla quinta e ultima puntata della prova del movimento della terra. Nel quarto video abbiamo parlato della forza di Coriolis, c'è stato poi un piccolo approfondimento facendo vedere i diversi modi di ruotare del pendolo a seconda se sia su un disco immobile, su un disco rotante o su una sfera. Secondo me aiuta a capire meglio il meccanismo, che non è banalissimo, specie su una sfera rotante. Ma veniamo all'argomento di questo video. Il protagonista è ancora lui, l'intramontabile, l'incontenibile, l'incontentabile Jean Bernard Léon Foucault.
Non soddisfatto di aver inventato il pendolo, si inventò uno strumento a dir poco geniale che è il protagonista di questo video. il giroscopio. Il giroscopio non entra in gioco solo per dimostrare il movimento della terra, ma il suo effetto, chiamato per l'appunto effetto giroscopico, ha applicazioni in una quantità di campi impressionante.
Dall'equilibrio delle biciclette alla rotazione dell'immagine sui vostri smartphone, tiene in aria i frisbee, evita che vi ribaltiate col segway, ma soprattutto è un principio fisico troppo affascinante. Andiamo a conoscerlo. Se appoggi una trottola cade su un lato, se appoggi un pallone da basket su un dito cade.
Il motivo è semplice, sono oggetti che si trovano in un equilibrio instabile. Basta un niente perché cedano alla gravità. Appoggiano su superfici minuscole, nel caso del pallone il nostro pallone è un po' più grande. nostro dito ed è questo appoggio così limitato che crea problemi.
Infatti se la palla da basket la tengo in mano, sta su, più limito la base di appoggio più è probabile che il baricentro della figura non cada in questa base e questo genera una coppia dovuta al peso e alla reazione vincolare. Sembra tutto semplice ma non abbiamo scelto trottola e pallone a caso, sono oggetti che possono girare. Un momento, come mai se ruotano stanno su? È sparita la gravità? La gravità sappiamo che è qualcosa che non possiamo confinare, non possiamo schermarla, non può sparire.
Cos'è successo dunque? La fisica ci insegna che l'effetto della rotazione genera... qualcosa che stabilizza l'oggetto nella sua posizione. Si parla di conservazione del momento angolare.
Non solo ma l'esperienza e le formule concordano nel dire che più veloce ruotano gli oggetti più questa reazione alla caduta è efficace. Si chiama tenacia e ha a che vedere oltre che con la velocità anche con la distribuzione della massa. Piccolo spiegone? Due minuti dai!
Quello che chiamiamo momento d'inerzia possiamo immaginarcelo come una sorta di massa rotazionale. Andiamo a vedere senza farci prendere dal panico. Se io calcolo l'energia cinetica è un mezzo della massa per la velocità al quadrato. Se il è fermo l'energia cinetica è zero perché la velocità è zero ma se il corpo fermo ruota ha un'energia cinetica perché c'è movimento si chiama energia cinetica rotazionale ed è data da un mezzo del momento d'inerzia per la velocità angolare al quadrato.
Le due forme, vedete, sono sorelle. Nell'energia cinetica rotazionale la massa viene sostituita dal momento d'inerzia e la velocità dalla velocità angolare. La velocità angolare è il numero di giri che fa in un certo tempo. Il momento d'inerzia è un pelo più complesso. Ha a che fare su come è distribuita la massa rispetto all'asse di rotazione.
Più la massa è distante dal centro di rotazione, più il momento d'inerzia d'inerzia sarà alto, più invece è adesa, cioè più vicino all'asse di rotazione più il momento d'inerzia sarà piccolo e quindi questa sorta di massa rotazionale è minore più è vicino all'asse di rotazione e questo è anche abbastanza intuibile. L'inerzia è importante anche nella scienza delle costruzioni ad esempio. Prendiamo una trave in legno e prendiamo Doria Teglier. Doria?
Ho sparato nel mucchio a caso e è venuta fuori un'attrice francese. E chi c'era nel mucchio? Adèle Jacopoulos, Doria Tillière, Virginie Ledoyen, Pauline Lefebvre, Anaïs Demoustrier, Louis Bourguin, Mélanie Laurent, Laetitia Cast...
Dici che non è un caso che è uscita un'attrice francese. Va beh, torniamo a Doria Tillière. E cos'è ma? Carlo. Se la mettiamo sulla trave vediamo una certa deformazione, ma si deforma molto meno se io la metto di taglio.
La trave, non do iatidia. Eppure è sempre la stessa trave di legno. La diversa deformazione è dovuta al fatto che lo stesso oggetto ha un'inerzia diversa a seconda dell'asse che prendiamo come riferimento. Discorso simile nelle rotazioni.
A seconda dell'asse che prendo cambia il momento d'inerzia. Ma la cosa interessante è quando modifichiamo la... la disposizione della massa attorno allo stesso asse di rotazione.
Quando la patinatrice o il patinatore compatta la sua massa attorno all'asse di rotazione si mette a girare improvvisamente molto più veloce, mentre quando porta un po' della sua massa più lontano dall'asse di rotazione rallenta. Gli basta allargare o stringere le braccia o allungare una gamba e poi richiuderla sul corpo per cambiare la propria velocità di rotazione. L'esperienza ci dice dunque che se il patinatore diminuisce il suo momento di inerzia perché porta la sua massa il più vicino possibile all'asse di rotazione, di conseguenza aumenta la sua velocità angolare. Quindi il punto cruciale è quello se nessuna forza viene applicata al pattinatore perché improvvisamente accelera la sua rotazione? Il meccanismo non può che passare per la variazione del momento d'inerzia del resto è l'unica cosa che è cambiata.
Quando all'aumentare di una quantità ne diminuisce un'altra in corrispondenza significa che le due sono inversamente proporzionali. In questo caso si è notato che restava così costante il loro prodotto. Come sapete quando una cosa resta costante in fisica gli si dà subito un nome perché è chiaro che è una grandezza chiave.
Il prodotto tra il momento d'inerzia e la velocità angolare prende il nome di momento angolare. L'hanno preso un pezzo di uno e un pezzo dell'altro. Momento d'inerzia, velocità angolare, momento angolare. E come avete capito si conserva.
Questo spiega perché un corpo in rotazione è più stabile. Avete mai giocato come quarterback in una squadra di football americano? Chi non l'ha mai fatto?
Quando lanciate dovete fare in modo che l'ovale ruoti sul suo asse, rende la traiettoria più precisa perché la palla viene meno influenzata dall'aria e dalle assimmetrie della palla stessa e anche da quelle del lancio. A basket quando si tira a canestro si dà la classica frustata di polso, nel tiro ideale la palla ruota all'indietro dando maggior controllo sulla traiettoria del tiro. Ma perché un corpo che ruota è più stabile? Cosa succede in pratica?
Allora Ora, per le formule e le dimostrazioni di queste cose ci sono i libri di fisica, però proviamo a cercare di capire che cosa succede. Un corpo che non ruota non ha momento angolare. Più veloce ruota, più il momento angolare è alto e quindi è più difficile modificarlo. Facciamo un esempio. Prendiamo ancora Doria Thillier.
Doria? Sempre in ritardo. Toccherà sostituirla con Laetitia Castà. Se mettiamo Doria Thillier, che tra l'altro è alta in equilibrio sulle punte dei piedi ci basta una semplice spinta per farla cadere. Se invece mette bene le piante dei piedi a terra e magari le gambe anche un po' distanziate, con la stessa spinta magari la facciamo oscillare ma non cade.
Ovviamente perché avendo allargato la base di appoggio è in grado di opporre una reazione maggiore alla spinta. Un elevato momento angolare corrisponde a una situazione di questo tipo, cioè molto stabile. Se un corpo ha tanto momento angolare e noi vogliamo fargli cambiare la sua direzione con una spinta, facciamo fatica. Vieni! viene chiamato effetto giroscopico.
Lo possiamo vedere con una trottola, con un giroscopio per l'appunto. Quando rallentano se gli date un colpo li buttate giù, mentre quando vanno veloci di fronte allo stesso colpo restano in piedi. Questa come vi dicevo è una cosa che si può ovviamente dimostrare con delle formule, ma che possiamo di fatto rilevare anche nella nostra esperienza quotidiana. Provate a stare fermi in equilibrio su una bici, è piuttosto difficile.
Quando cominciate a muovervi lenti ancora qualche difficoltà c'è, ma man mano che aumentate la velocità vi accorgerete di quanto sia più facile stare fermi. stare in equilibrio. La fisica della bici però è molto più complessa e magari un giorno ci dedicheremo un video a parte, vedremo.
Ma adesso torniamo al nostro giroscopio. Sarà Foucault a battezzare giroscopio lo strumento di cui utilizzerà in modo brillante le proprietà per dare un'ulteriore prova del movimento della terra e il nome viene proprio da giros che in greco significa ruotare, difatti. Giros è anche quella pita greca tipo kebab che si mangiano, che di fatti c'è la carne che ruota attorno all'asse mentre la scaldano. E skopeo che vuol dire vedere, quindi vedere la rotazione.
Più chiaro di così. così. Foucault per dimostrare la rotazione terrestre aveva bisogno di un corpo che fosse svincolato dalla superficie e mantenessi la sua posizione indipendentemente da quello che succedeva sotto, ossia avesse un notevole momento angolare e restasse nella stessa posizione anche se gli si modificava la terra sotto i piedi. È un oggetto tra i più elementari e al tempo stesso bizzarri che esistano.
Se non ce l'avete in casa e siete appassionati di queste cose dovete assolutamente procurarvelo perché vi ritroverete a portata di mano. le magie della fisica. Viene anch'esso ideato come il pendolo nel 1851, un vero e proprio annus mirabilis per Foucault. Si narra che lo spunto gli venne dal confronto con il matematico Louis Poinceau, che stava elaborando alcune teorie sui corpi rotanti. Il pendolo Il pendolo non era così semplice.
Molti allora e anche oggi faticano a comprendere il senso di un piano di oscillazione che resta fisso e la stessa legge dei seni, come abbiamo visto, non è così immediata. Foucault capì che l'oscillazione del pendolo non era in effetti l'unico meccanismo in grado di mantenere un piano in una posizione indipendentemente dalla rotazione del pianeta. Foucault pensò a un disco in rotazione sfruttando per l'appunto la conservazione del momento angolare e pensò a come svincolarlo. Il tutto è ancora una volta basato in fondo sul primo principio della dinamica. I corpi tendono a mantenere il proprio stato finché non interviene una forza che modifica la situazione.
Anche se un corpo in rotazione non è un riferimento inerziale, però il senso senso è quello. Bisognava riuscire a sospendere nello spazio un corpo rotante senza che nessuna forza intervenisse a modificarne il piano di rotazione. In sostanza creare qualcosa il cui moto fosse indipendente da quello della terra. Per realizzarlo Foucault si avvale ancora una volta della maestria di Foucault. Crearono una sorta di ciambella di ottone che si chiama toro.
Toro. Si chiama toro. C'è il toroide e questo si chiama toro. e trovarono il modo di sospenderla all'interno di una struttura evitando il più possibile attriti, torsioni e interferenze varie.
Con un sistema di ruote dentate lo giravano in modo da dargli un elevato momento angolare. In sostanza lo facevano girare molto velocemente. L'idea brillante di Foucault fu quella di aggiungere all'apparato un microscopio che permetteva di verificare come l'asse del toro cambiasse direzione al ruotare della Terra.
Inizialmente riusciva a fare 150 giri al secondo, ma poi per via dell'attrito rallentava abbastanza presto e non arrivava. arrivava oltre i 10 minuti. La Terra fa 15 gradi ogni ora, per quello che c'è il fuso orario, 15 per 24 fa 360 del giro della Terra. Meno di 10 minuti significa un paio di gradi, quindi la deviazione apparente dell'asse era molto piccola, ma con il microscopio questa cosa era veramente super evidente.
La cosa bella che ci fa capire il gusto che provava Foucault nella realizzazione di queste cose è che disse che a fare il giroscopio si era divertito moltissimo in pratica mentre il giroscopio ruota conserva la propria direzione nello spazio ossia l'asse del toro punta sempre nella stessa direzione Il limite di questa ulteriore e geniale dimostrazione, che è un po' il motivo per il quale è meno nota e celebrata del pendolo, è che aveva decisamente un minore effetto scenico. Il pendolo è lì da vedere, maestoso. Qui si doveva guardare nel... microscopio. Come spesso succede in fisica bisogna ricordarsi che la realtà è molto complessa e il giroscopio viene leggermente influenzato dalla presenza della massa della terra che deforma lo spazio-tempo e dà origine a un moto detto moto di precessione.
espressione e ha un effetto detto effetto di trascinamento. Sono cose molto complesse e non ci occupiamo di loro in questo video anche perché fortunatamente hanno un effetto molto molto ridotto sul nostro giroscopio. Era giusto per dire che ci sono anche delle leggere variazioni dovute a un movimento che non è mai così pulito pulito come lo si descrive normalmente perché in fisica lavoriamo sempre con delle approssimazioni della realtà.
A cosa poteva servire una cosa che puntava sempre nella stessa direzione oltre a farci vedere che la terra si muoveva? Passarono davvero tanti anni prima che qualcuno si accorgesse delle innumerevoli applicazioni del giroscopio. Pensate di farlo girare in modo che il suo asse verticale punti esattamente il nord. Anche se la terra si muove sotto di lui continuerà a puntare il nord.
E una cosa che punta sempre il nord ha un nome. Bussola. Il giroscopio poteva dunque essere utilizzato per realizzare una bussola molto più precisa di quella magnetica.
Tenerlo in rotazione, vincendo le forze di attrito che tendono a rallentarlo, si rivelò semplice con l'avvento dei motori. motori meccanici che potevano fornirgli l'energia per continuare la sua rotazione. Si chiama giro bussola.
Giro bussola. Potremmo andare avanti ore a elencare gli oggetti che fanno uso del giroscopio per mantenere un puntamento preciso. Per dire una cosa grossa il telescopio spaziale Hubble che deve rimanere puntato con estrema precisione usa i giroscopi ma anche i satelliti le sonde.
Nelle versioni più moderne vengono usati dagli aerei, ne aveva parlato in un suo video on Aira, vi metto il link in descrizione per chi fosse interessato ad approfondire questo tipo di applicazione e in generale se siete appassionati di aerei sul suo canale potete sbizzarrirvi. Concludiamo questa serie sulla prova del movimento della terra con una considerazione sui pendoli. I pendoli che vediamo oggi oscillare indefessi fanno la loro corsa senza stancarsi, senza che l'attrito prende il sopravvento. Si utilizzano infatti dei magneti che permettono al pendolo potremmo dire di caricarsi, ossia gli danno a ogni passaggio una leggerissima spinta senza modificarne il piano di oscillazione. Si potrebbe pensare essere questa un'idea recente, ma in realtà fu un'idea...
Indovinate di chi? Sempre lui, Foucault. Nel 1855 installò un magnifico pendolo per l'esposizione internazionale di Parigi al Palais de l'Industrie. Se andate a Parigi non cercatelo, il Palais de l'Industrie intendo, perché la hanno demolito nel 1896. Per far sì che il pendolo non smettesse di oscillare, Foucault utilizzò un sistema magnetico che progettò per l'occasione.
Ma l'expo più imponente e anche l'ultima che vide Léon Foucault fu quella del 1896. 1867. Una cosa veramente maestosa secondo molti per nascondere la profonda crisi economica che stava attraversando l'impero francese. Foucault curò personalmente l'esposizione delle macchine e degli strumenti scientifici. Il 10 luglio del 1867 al momento dell'inaugurazione il nostro eroe era sul palco imperiale insieme a Napoleone III e a Eugenia. Come spesso succede dietro a una luminosa facciata si nascondeva un futuro tetro che di lì a tre anni avrebbe stampato la parola fine sulla storia. la storia dell'impero francese e dopo soli sette mesi avrebbe visto il corpo di Léon Foucault inumato al cimitero di Montmartre.
L'11 febbraio del 1868, infatti, Foucault, dopo che le sue condizioni fisiche erano peggiorate in modo sensibile per effetto di una malattia degenerativa, spirò a soli 49 anni, lasciando sì un grande vuoto, ma anche una quantità notevole. di applicazioni, studi, scoperte nei campi più disparati della scienza e soprattutto lasciandoci come simbolo del suo talento cristallino, un pendolo che inesorabile oscillava a ricordarci con quell'eleganza patrimonio della semplicità, il moto del nostro pianeta. Un'ultima cosa, negli anni 60 del 600 Vincenzo Viviani, un allievo di Galileo Galilei, scrisse alcune cose, in particolare ce ne interessa una che fu trovata solo dopo il celebre esperimento del pendolo di Foucault. Viviani scriveva osserviamo che tutti i pendoli appesi a un filo deviano dal loro piano verticale radicale iniziale e sempre nella stessa direzione.
Viviani non elaborò l'osservazione e rimase una semplice considerazione a margine. E ci vollero due secoli perché qualcuno esplicitasse in modo perfetto, brillante e con un certo effetto scenico quel fenomeno. Abbiamo finito il racconto di questo appassionante periodo della storia della scienza. Siamo passati per matematici, avventurieri, imperatori, medici falliti, artigiani dalla precisione impressionante, sprazzi d'intuito, invidie, spiegoni di fisica, nuove scoperte che si accavallavano e si influenzavano. abbiamo viaggiato tra le strade di Parigi nei luoghi teatro di queste vicende.
Come ogni buon racconto della nostra specie umana è ricco di pathos e ci fa riflettere sull'importanza di investire nella ricerca, perché da lì passa il progresso, perché la ricerca è la messa in discussione. continuazione continua di ciò che abbiamo al fine di ottenere qualcosa di meglio. Spesso conferma delle teorie, altre volte invece apre nuove strade e da lì comincia l'avventura. Abbiamo delle conoscenze ma sono lì per essere aggiornate, sistemate, aggiustate, a volte completamente sostituite, perché se c'è qualcosa di meglio è in quella direzione che dobbiamo spingerci, perché ci saranno sempre dei Foucault che arrivano a farci riflettere su tutto quello che sapevamo fino a quel momento e a farci rivedere tutto con altri occhi. E per Per fortuna che arrivano, perché è grazie a loro che si avanza.
Ma questo avanzare è figlio di basi imprescindibili. A volte si sente dire che nella scienza non ci sono certezze. Non è vero. La scienza è fatta di tanti dubbi, di tante approssimazioni e fondamentalmente di cose che sono molto più probabili di altre. Ma anche di certezze, ossia di cose che hanno una probabilità talmente elevata da poter essere considerate certe.
Sappiamo che i pianeti non sono piatti, sappiamo che velocità va alla luce, sappiamo che nel sole c'è elio, c'è idrogeno, così come sappiamo che sono esistiti Giulio Cesare e Napoleone Bonaparte. Queste sono certezze, elementi che abbiamo fatto nostri nel corso di secoli di studi. Questi sono i mattoni sui quali costruiamo il nostro sapere e di conseguenza anche il nostro futuro.
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