Fisica

Nota l’uso ripetuto del verbo “rimane”. Possiamo pensare a questa legge come al mantenimento dello status quo del moto.

Piuttosto che contraddire la nostra esperienza, la prima legge del moto di Newton afferma che ci deve essere una causa (che è una forza esterna netta) perché ci sia un qualsiasi cambiamento di velocità (sia un cambiamento di grandezza che di direzione). Definiremo la forza esterna netta nella prossima sezione. Un oggetto che scivola su un tavolo o sul pavimento rallenta a causa della forza netta di attrito che agisce sull’oggetto. Se l’attrito scomparisse, l’oggetto rallenterebbe ancora?

L’idea di causa ed effetto è cruciale per descrivere accuratamente ciò che accade in varie situazioni. Per esempio, consideriamo cosa succede a un oggetto che scivola lungo una superficie orizzontale ruvida. L’oggetto si ferma rapidamente. Se spruzziamo la superficie con del talco per renderla più liscia, l’oggetto scivola più lontano. Se rendiamo la superficie ancora più liscia strofinandovi sopra dell’olio lubrificante, l’oggetto scivola ancora più lontano. Estrapolando ad una superficie senza attrito, possiamo immaginare che l’oggetto scivoli in linea retta all’infinito. L’attrito è quindi la causa del rallentamento (coerente con la prima legge di Newton). L’oggetto non rallenterebbe affatto se l’attrito fosse completamente eliminato. Consideriamo un tavolo da air hockey. Quando l’aria è spenta, il disco scivola solo per una breve distanza prima che l’attrito lo rallenti fino a fermarlo. Tuttavia, quando l’aria è accesa, si crea una superficie quasi priva di attrito, e il disco scivola per lunghe distanze senza rallentare. Inoltre, se conosciamo abbastanza l’attrito, possiamo prevedere accuratamente quanto velocemente l’oggetto rallenterà. L’attrito è una forza esterna.

La prima legge di Newton è completamente generale e può essere applicata a qualsiasi cosa, da un oggetto che scorre su un tavolo a un satellite in orbita al sangue pompato dal cuore. Gli esperimenti hanno verificato a fondo che qualsiasi cambiamento di velocità (velocità o direzione) deve essere causato da una forza esterna. L’idea di leggi generalmente applicabili o universali è importante non solo qui – è una caratteristica fondamentale di tutte le leggi della fisica. Identificare queste leggi è come riconoscere dei modelli in natura da cui si possono scoprire altri modelli. Il genio di Galileo, che per primo sviluppò l’idea della prima legge, e di Newton, che la chiarì, fu di porre la domanda fondamentale: “Qual è la causa?” Pensare in termini di causa ed effetto è una visione del mondo fondamentalmente diversa dal tipico approccio greco antico, quando a domande come “Perché una tigre ha le strisce?” si sarebbe risposto in modo aristotelico: “È la natura della bestia”. Vero forse, ma non un’intuizione utile.

Massa

La proprietà di un corpo di rimanere a riposo o di rimanere in movimento con velocità costante è chiamata inerzia. La prima legge di Newton è spesso chiamata legge d’inerzia. Come sappiamo per esperienza, alcuni oggetti hanno più inerzia di altri. È ovviamente più difficile cambiare il moto di un grande masso che quello di una palla da basket, per esempio. L’inerzia di un oggetto è misurata dalla sua massa. In parole povere, la massa è una misura della quantità di “roba” (o materia) in qualcosa. La quantità di materia in un oggetto è determinata dal numero di atomi e molecole di vario tipo che contiene. A differenza del peso, la massa non varia con la posizione. La massa di un oggetto è la stessa sulla Terra, in orbita o sulla superficie della Luna. In pratica, è molto difficile contare e identificare tutti gli atomi e le molecole di un oggetto, quindi le masse non sono spesso determinate in questo modo. Operativamente, le masse degli oggetti sono determinate dal confronto con il chilogrammo standard.