Principio di relatività
In fisica, il principio di relatività è il requisito che le equazioni che descrivono le leggi della fisica siano uguali a tutti i quadri di riferimento.
Nel 300 a.C. il filosofo greco Aristotele pensava che gli oggetti pesanti cadessero più velocemente di quelli non pesanti. La scienza naturale di Aristotele è stata la più popolare nel pensiero occidentale per 2.000 anni.
Nel 1600 l'astronomo italiano Galileo Galilei dimostrò che tutti gli oggetti cadono con la stessa accelerazione. Pertanto, più a lungo un oggetto si muove con un'accelerazione costante, più veloce è la sua velocità finale. Inoltre, se oggetti diversi, ognuno con una massa diversa, vengono fatti cadere da fermo (la velocità iniziale è pari a zero) alla stessa altezza nel vuoto, colpiranno tutti il suolo alla stessa velocità indipendentemente dalla loro massa. Le scoperte sperimentali di Galileo e le leggi del movimento sviluppate matematicamente da Newton hanno dato vita alla scienza moderna.
Il principio di relatività di Galileo afferma: "È impossibile con mezzi meccanici dire se ci stiamo muovendo o se stiamo a riposo". Se due treni si muovono alla stessa velocità e nella stessa direzione, il passeggero di uno dei due treni non si accorgerà che l'uno o l'altro treno si sta muovendo. Tuttavia, se il passeggero prende un quadro di riferimento fisso, un punto fisso, come la terra, sarà in grado di notare il movimento di uno dei due treni. Un'altra cosa, se uno sta in piedi sulla terra non sarà in grado di vedere che si sta muovendo.
Questo principio è appena tratto dall'osservazione. Ad esempio, se viaggiamo in aereo a velocità costante, possiamo camminare all'interno dell'aereo senza notare nulla di speciale.
Da un punto di vista pratico, ciò significa che le leggi del moto di Newton sono valide in tutti i sistemi inerziali, cioè quelli a riposo o quelli che si muovono a velocità costante rispetto a quelli considerati a riposo. Questa è la legge d'inerzia: un corpo a riposo continua a riposo e un corpo in movimento continua a muoversi in linea retta a meno che non sia influenzato da una forza esterna. Un sistema di coordinate galileiano è quello in cui vale la legge d'inerzia. Le leggi della meccanica di Galileo e Newton sono valide in un sistema di coordinate galileiane. Se K è un sistema di coordinate galileiano, allora ogni altro sistema K' è un sistema di coordinate galileiano se si trova a riposo o si muove secondo la legge d'inerzia relativa a K. Relativamente a K', le leggi meccaniche di Galileo e Newton sono valide tanto quanto quelle relative a K.
Se, rispetto a K, K' è un sistema di coordinate che si muove secondo la legge d'inerzia ed è privo di rotazione, allora le leggi della natura obbediscono agli stessi principi generali K' come in K. Questa affermazione è nota come il Principio di Relatività.In altre parole, se una massa m è a riposo o si muove con accelerazione costante (l'accelerazione costante potrebbe essere pari a zero, nel qual caso la velocità rimarrebbe costante) in linea retta rispetto ad un sistema di coordinate galileiano K, allora sarà anch'essa a riposo o in movimento con accelerazione costante in linea retta rispetto ad un secondo sistema di coordinate K' purché la legge di inerzia sia valida nel sistema K' (in altre parole, purché si tratti di un sistema di coordinate galileiano).
Pertanto, se vogliamo osservare un effetto in un sistema in movimento a velocità costante, possiamo applicare direttamente le leggi di Newton. Se il sistema in movimento accelera (o noi acceleriamo rispetto ad esso, come guardare le stelle dalla terra) allora dovremo introdurre forze immaginarie per compensare questo effetto.
Queste forze fittizie sono chiamate forza centrifuga e forza coriolica.
Le leggi del movimento di Newton sono meccanicamente accurate per velocità che sono lente rispetto alla velocità della luce. Per velocità che si avvicinano alla velocità della luce, è necessario applicare le scoperte della Teoria della Relatività Speciale di Einstein.
Per descrivere ciò che accade meccanicamente nell'universo, i fisici usano la massa, la lunghezza e il tempo. Nella fisica di Galileo e Newton, queste quantità rimangono le stesse in tutto l'universo.
Con la Teoria della Relatività Speciale di Einstein, queste quantità possono cambiare.
Pagine correlate
- Teoria generale della relatività
- Relatività speciale
Domande e risposte
D: Che cos'è il Principio di Relatività?
R: Il Principio di Relatività afferma che le equazioni che descrivono le leggi della fisica sono le stesse in tutti i quadri di riferimento.
D: Chi ha proposto per primo questo principio?
R: Il filosofo greco Aristotele propose per la prima volta questo principio nel 300 a.C..
D: Cosa dimostrò Galileo Galilei?
R: Galileo Galilei dimostrò che tutti gli oggetti cadono con la stessa accelerazione, indipendentemente dalla loro massa.
D: In che modo le scoperte di Galileo hanno dato vita alla scienza moderna?
R: Le scoperte di Galileo e le Leggi del moto di Newton sviluppate matematicamente hanno dato vita alla scienza moderna.
D: Cosa significa che due treni si muovono alla stessa velocità nella stessa direzione?
R: Se due treni si muovono alla stessa velocità nella stessa direzione, un passeggero di uno dei due treni non sarà in grado di notare che uno dei due treni si sta muovendo. Tuttavia, se prende un quadro di riferimento fisso (come la Terra), sarà in grado di notare il suo movimento.
D: Come si applicano le Leggi di Newton quando la velocità si avvicina alla velocità della luce?
R: Quando le velocità si avvicinano alla velocità della luce, è necessario applicare la Teoria speciale della relatività di Einstein invece delle Leggi del moto di Newton, perché queste leggi rimangono meccanicamente accurate solo per velocità lente rispetto alla velocità della luce.
