gravità
Indice
Lessico
sf. [sec. XIV; dal latino gravítas-ātis].
1) Proprietà dei corpi di cadere verticalmente al suolo per effetto dell'attrazione terrestre che si manifesta come caso particolare della legge di gravitazione universale di Newton. Tale forza di attrazione è detta forza di gravità, o forza peso, o semplicemente peso del corpo e dipende dalla massa della Terra, o, meglio, del pianeta o del corpo celeste su cui si manifesta. Da ciò deriva che il peso di uno stesso corpo varia in rapporto alla massa del corpo celeste su cui cade o si trova. In particolare, gravità artificiale, quella indotta per ovviare agli effetti biofisiologici della mancanza di peso degli astronauti in orbita su stazioni o in navigazione su veicoli spaziali che, nel vuoto, non sono soggetti alla forza di gravità; essa si ottiene per accelerazione centrifuga (rotazione su se stesso) del veicolo. Nella tecnica, impianti, dispositivi, ecc. a gravità, che usufruiscono della sola forza peso per il funzionamento o l'equilibrio .
2) Per estensione e fig., qualità di ciò che è grave, difficile da sopportare; anche l'essere pericoloso, tale da destare preoccupazione; importanza: gravità di una malattia, gravità di un provvedimento.
3) Riferito a persona, aspetto severo, dignità, decoro: camminavano in silenzio e con gravità.
Fisica terrestre
Una massa unitaria, supposta concentrata in un punto P sulla superficie terrestre, è soggetta all'azione di più forze: attrazione gravitazionale della massa della Terra; forza centrifuga dovuta alla rotazione terrestre; forza newtoniana del Sole, della Luna e degli altri corpi celesti; quest'ultima azione è di piccola entità rispetto alle precedenti e si può quindi trascurare. In relazione al primo punto, se si considera l'azione gravitazionale di un elemento dm sulla massa unitaria posta nel punto P a distanza r da dm, la forza ha l'espressione: dF=Gdm/r² vers r, dove G è la costante di gravitazione universale; la forza totale in P dovuta all'azione di tutta la massa della Terra, supposta concentrata nel suo baricentro, è data da F=GʃMdm/r² vers r. Riguardo alla forza centrifuga in P il suo valore è dato dall'espressione f=rω² vers s, dove ω è la velocità angolare di rotazione della Terra e s è la distanza di P dall'asse di rotazione. Si definisce come gravità in P il vettore risultante dei vettori F e f, ossia g=F+f; poiché per ogni punto P sussiste questa relazione, esiste un campo di forza della gravità somma del campo gravitazionale e del campo centrifugo. Il vettore g ha le dimensioni di un'accelerazione e la sua unità di misura più usata è il gal equivalente all'accelerazione di 1 cm/s². Il campo della gravità è un campo conservativo: ammette una funzione potenziale W che è la somma scalare del potenziale V di gravitazione e del potenziale v centrifugo. Si hanno quindi le relazioni
(il segno meno nella prima relazione è dovuto al fatto che la forza F è diretta verso l'interno della Terra), essendo il potenziale gravitazionale dato dall'espressione V=GʃMdm/r e il potenziale centrifugo da v=1/2ω²s²; poiché
segue per definizione di potenziale: g=F+f. Si possono allora definire delle superfici equipotenziali che sono normali in ogni punto alla direzione della gravità g. Una di queste superfici, il geoide, si assume come superficie equipotenziale di riferimento per la geodesia e la gravimetria. Data la difficoltà di riferire la gravità al geoide per la complessità della sua formulazione matematica, si assume come superficie di riferimento un ellissoide di rotazione su cui è possibile esprimere la gravità in termini finiti. L'ellissoide scelto è quello definito da Hayford; su di esso l'accelerazione di gravità (gravità normale) è espressa in gal, in funzione della latitudine φ, dalla relazione
Ai poli g, con 983,221 gal, ha il valore massimo (forza centrifuga nulla), all'equatore g, con 978,049 gal, ha il valore minimo (forza centrifuga massima): tale distribuzione costituisce il campo di gravità normale. Al di sopra dell'ellissoide la gravità diminuisce; da numerose misurazioni risulta che g varia con la quota secondo la formula: g=g(1-0,000000309h) gal essendo g la gravità normale e h l'altezza misurata in metri. La gravità reale sulla superficie terrestre si discosta dal valore normale per la presenza di anomalie dovute a variazioni di densità della litosfera.
Fisica: interazione fondamentale
In natura la gravità è la più debole delle quattro forze fondamentali, 1037 volte meno intensa della forza elettromagnetica, 1039 volte meno di quella nucleare forte. Tuttavia, essendo sempre attrattiva e a lungo raggio, essa predomina in assoluto nei fenomeni macroscopici su grande scala (astronomica e cosmologica). Con il principio di equivalenza (vedi relatività generale), che equivale alla perfetta uguaglianza tra massa inerziale e massa gravitazionale dei corpi, Einstein mise in stretta relazione la gravità con la geometria dello spazio-tempo, superando le limitazioni della teoria newtoniana della gravitazione. La visione einsteiniana della gravità è quella di una distorsione delle proprietà geometriche dello spazio-tempo, che corrisponde a una deformazione dello stesso con conseguente deviazione delle traiettorie dei corpi. La validità di tale teoria è stata accertata sino a scale dell'ordine dei milioni di anni luce, misurando le proprietà cinematiche di galassie interagenti. In questo caso, però, è ovvio che il grado di precisione della verifica è reso alquanto basso dall'imprecisione nella valutazione della distanza delle galassie. Su scale minori, invece, la precisione è molto più alta. Ciò accade per i corpi del sistema solare interno, sui quali si è in grado di effettuare misure di distanza estremamente accurate tramite l'eco di segnali radar. Per esempio, le previsioni della posizione di Marteono state verificate con la ragguardevole precisione di pochi metri. In questo quadro abbastanza ben delineato si è trovato che le sonde Pioneer (ormai a circa 10 miliardi di km dalla terra) si muovono con un'accelerazione “residua”, non prevista, di 8,510-8 cm/s² e diretta verso il Sole. Sebbene siano possibili spiegazioni meccaniche a questo fatto (fuoriuscita di elio, dispersione anisotropa del calore della sonda stessa) alcuni autori hanno ipotizzato l'esistenza di una quinta forza, dalle proprietà simili alla forza gravitazionale.