Fisica: l'energia gravitazionale

In fisica, la forza di gravità è quella forza che spinge un corpo verso il centro della Terra. Il primo a scoprire questa forza fu Isaac Newton, tramite il famoso esperimento della mela. Egli scoprì che una qualsiasi massa, a prescindere dal suo peso, subisce un'accelerazione verso il basso di un modulo pari a 9.81 m/s2. Possiamo ridurre il discorso al caso di gravità tra due corpi di massa differente. Secondo la legge della forza peso F=mg, più il corpo è grande e più la sua forza attrattiva sarà maggiore e viceversa rispetto all'altro corpo. Successivamente Newton formulò anche la legge di gravitazione universale, in cui entrò in gioco anche la distanza tra le due masse. Ma andiamo a scoprire nel dettaglio cosa si intende per energia gravitazionale.

Se la forza di attrazione fra i due corpi diminuisce all'aumentare della loro distanza, è facile intuire che per non risentire della reciproca forza di attrazione, devono trovarsi ad una distanza tanto grande da rendere nulla la forza di attrazione stessa. Si dimostra matematicamente che questo accade quando la distanza fra le due masse assume un valore infinito. Per separare definitivamente le due masse, rendendo nulla la loro forza di reciproca attrazione, è necessario pertanto, portarle a distanza infinita.

L'energia potenziale gravitazionale diventa sempre più grande e negativa man mano che le due masse si avvicinano ed è nulla all'infinito. Il sistema composto dalle due masse cede energia all'ambiente (l'acqua di una cascata, ad esempio, fornisce energia ad un mulino o una centrale elettrica) e, pertanto, le due masse, avendo fornito energia positiva, acquisteranno energia potenziale negativa. Il concetto di energia potenziale gravitazionale è importante poiché fornisce un modo molto valido per valutare l'intensità dell'interazione gravitazionale: la "corda invisibile" che "lega" le masse dell'universo fra loro (come ad esempio i corpi della Terra o i pianeti del Sole).

Se un corpo si libera dell'attrazione terrestre non è detto che riesca a liberarsi anche dell'attrazione del sole, a meno che non possegga una velocità sufficientemente elevata per "liberarsi" anche dal Sole e, con analogo ragionamento, anche dal legame con la Galassia. Una volta lanciato con una velocità uguale a quella di fuga il corpo non ritornerà più sulla Terra, sul Sole o nella Galassia, e teoricamente dovrebbe andare a distanza infinita. Giunto a distanza infinita, avrà convertito tutta l'energia cinetica posseduta al momento del lancio in energia potenziale; questa energia è "conservata" nello spazio dal campo gravitazionale.

• Fisica: il principio di conservazione dell'energia
• Come calcolare l'energia cinetica di un corpo
• Come risolvere un problema di fisica con la conservazione dell'energia
• Teorema dell'energia cinetica: dimostrazione