sistema_di_riferimento_localmente_inerziale [wiki.sagredo.eu]

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====== Sistemi di riferimento in volo libero ======

Dove lo trovo un [[sistema di riferimento inerziale]]? Come sappiamo in questi riferimenti vale la [[primo principio della dinamica|legge d'inerzia]]. Se immaginiamo un corpo in quiete, posto in un luogo che non sia influenzato dalla [[forza di gravità]] di stelle, pianeti, galassie etc., un corpo lontanissimo da ogni oggetto materiale insomma, quello è sicuramente un [[sistema di riferimento inerziale]].

Non dovrebbe essere difficile accettare l'idea che un [[sistema di riferimento|riferimento]] nel quale la gravità è assente sia [[sistema di riferimento inerziale|inerziale]].

Ma come possiamo ottenere anche qui sulla Terra un simile riferimento senza gravità? **In un riferimento in caduta libera non c'è peso!** Lo dimostra il mitico esperimento delle tavolette, che durante il volo si aprono perchè il peso, e con esso la forza di attrito, si cancellano.

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{{:relativita:esperimento_tavolette.mp4}} 

L'esperimento delle tavolette in volo libero (grazie all'indimenticabile Laura O.)
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C'è un altro esperimento altrettanto bello e semplice: se si lancia per aria una bottiglia bucata il liquido non fuoriesce, perchè la pressione sulle pareti della bottiglia è nulla, dato che il peso è assente. Anche facendo volare la bottiglia bucata di moto parabolico si vede la stessa cosa.

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{{youtube>sO0MxNHHfZo|Gravità e caduta libera}} 

Gravità e caduta libera
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Gli astronauti in orbita intorno alla Terra cadono continuamente verso il centro della Terra, ma non vi si avvicinano mai. Essendo essi in caduta libera sperimentano l'[[assenza di peso in orbita|assenza di peso]].

Questi ultimi due esempi ci fanno riflettere sul fatto che forse il termine "caduta" può essere male interpretato, anche se corretto; diremo piuttosto "sistema di riferimento **in volo libero**", a significare che l'assenza di peso si ha non solo quando il moto è di caduta //verso// il corpo che genera il campo gravitazionale, ma persino quando ci si allontana da esso **a condizione che l'unica forza agente sia la forza di gravità**.

In un siffatto laboratorio volante le cose vanno esattamente come se la gravità non ci fosse, quindi ogni massa in quiete in quel riferimento rimane a riposo e ogni massa in [[moto rettilineo uniforme]] persevera indefinitamente in quello stato di moto. 

Supponiamo infatti di trovarci in un ascensore in caduta libera. Se lancio una palla per aria, quando  questa si muove esattamente di [[moto rettilineo uniforme]]; dal riferimento solidale con la Terra si osserva invece una traiettoria parabolica.

[{{ :relativita:rif_volo_libero.png |Figura tratta dal libro: Fisica dello spazio-tempo, di Taylor e Wheeler}}]

Se ho in mano le buste della spesa posso anche lasciarle che non cadranno mai, come succederebbe se mi trovassi in un [[sistema di riferimento inerziale|riferimento inerziale]] nello spazio profondo in assenza di gravità.

Tutto ciò dovrebbe bastare a convincerci che i riferimenti in volo libero sono [[sistema di riferimento inerziale|riferimenti inerziali]] anch'essi, anzi sono questi i veri [[sistema di riferimento inerziale|sistemi di riferimento inerziali]] per il buon Albert.

===== La congettura di Einstein =====

Uhm... e se puntassi un laser, che traiettoria seguirebbe il raggio di luce? Eh? Come dite voi? Dite che va diritto esattamente come per la palla? E che vedrebbe l'osservatore solidale con la Terra? Che la traiettoria della luce è incurvata dalla presenza della Terra! 8-o Ci torneremo in seguito... ma se i riferimenti in volo libero sono inerziali questo è quello che deve succedere.

La congettura di Einstein è proprio questa: in un riferimento in caduta libera **tutti** i fenomeni fisici vanno come se la gravità non ci fosse. Non solo i fenomeni meccanici.

===== Sistemi di riferimento localmente inerziali =====

Ad essere pignoli, però, in un ambiente abbastanza grande il campo gravitazionale non è costante nei vari punti, che si trovano a diversa distanza dal centro del corpo che genera la gravità. Nel disegno a sinistra è $g_A < g_B < g_C$:

{{ :relativita:rif_loc_inerz.png?700 |}}

Quindi due punti che si trovano distanti sulla verticale $A-B-C$ tendono ad allontanarsi, mentre due punti che si trovano alla stessa distanza dal centro di gravità tendono ad avvicinarsi per effetto di strane [[forza apparente|forze apparenti]] che noi chiamiamo [[maree|forze di marea]].

Pertanto restringeremo la definizione di riferimento inerziale in volo libero a quegli ambienti che abbiano una estensione sufficientemente piccola da poter trascurare le variazioni di $\vec g$ al loro interno, e chiameremo questi sistemi **localmente inerziali**. 

===== Problemi =====

  - Perchè gli astronauti non avvertono il peso e fluttuano nello spazio?
  - Cosa succede a un pendolo in volo libero? E a una molla?
  - Calcolare il campo gravitazionale del Sole sulla Terra. 
  - Discutere se e perchè il campo di cui al quesito precedente produce degli effetti sensibili quaggiù, a parte la rivoluzione terrestre; ovvero: perchè le cose non cadono verso est la mattina e verso ovest la sera? Di quanto sarebbe lo scostamento presunto rispetto alla verticale se si lasciasse cadere un oggetto da una torre alta $400m$? [$24cm$]
  - La Terra è in caduta libera (orbita attorno) anche rispetto alla Luna? Se sì, descrivere in che modo avviene il moto dei due pianeti.
  - Calcolare la posizione del centro di massa del sistema Terra-Luna.

{{tag>fisica meccanica relatività}}