venerdì 25 marzo 2011

Lune giganti e orbite (poco) ellittiche. Per Lucia.

Lucia ci fa due domande.

La prima :

Ma allora anche l'effetto della Luna e del Sole giganti all'orizzonte possono dipendere da un fenomeno di rifrazione??


No. Si tratta di un effetto di percezione, dovuto al nostro sistema di visione (occhio + cervello) neppure tanto ben capito dagli studiosi del campo. Quando vediamo la Luna al sorgere, e quindi bassa sull'orizzonte, ci puo' apparire molto più grande di quando poi si alza nel cielo.  Per sincerarsene è semplice sperimentalmente: in una bella notte di Luna piena si prende un righello, braccio teso e si misura anche molto approssimativamente il diametro della Luna appena sorta. Poi si rifà dopo un ora o due e .... si troverà lo stesso valore. E' quindi il nostro cervello che ci inganna. D'altronde devi pensare che immagini, bellissime, come quella qui sopra sono prese con forti teleobiettivi, per esaltare l'effetto.  Una luna che ci apparisse cosi grande veramente dovrebbe essere assai più grande della Terra!! e saremmo noi il suo satellite e non viceversa :D 


e la seconda 
 
Visto che mi trovo faccio un'altra domanda: perché le orbite dei vari corpi celesti sono ellittiche e non circolari? Solo perché lo dice la 1a legge di Keplero?
Esisterà una spiegazione logica e fisica a ciò? A me che lo dica Keplero nella sua prima legge sinceramente non basta...Ci sarà una motivazione tecnica, fisica, strutturale, gravitazionale...??

Si potrebbe rivoltare la domanda e a Lucia e chiedere, ma perché mai dovrebbero essere circolari ?  Ma sarebbe da felloni... e in effetti corrisponde, la domanda, al concetto che abbiamo noi, e aveva anche Aristotele e quindi siamo in buona compagnia..., che il cerchio sia la figura perfetta , e quindi la più adatta alle cose del cielo. Ma non è così.

Facciamo un passo indietro e consideriamo le figure dei libri di scuola in cui vediamo il Sistema solare rappresentato, come questa  :


 o peggio questa :





Non è affatto questa la situazione, queste figure ci formano nella testa l'idea che le orbite siano molto ellittiche, ed invece, a parte Mercurio,  lo sono pochissimo. Ad esempio l'orbita della Terra differisce da un cerchio per meno di due centesimi e addirittura quella di Venere per 6 millesimi. Se dovessimo disegnarle con una matita normale, insomma, verrebbero dei cerchi perfetti, non ci accorgeremmo della differenze. Comunque anche se poco sono ellittiche. ed anzi il vero motivo per cui il povero Keplero ha impiegato anni per trovare le sue leggi sui dati che aveva è proprio perché queste orbite sono praticamente circolari.....


All'incontrario possiamo dire che non ci sarebbe nessun problema ad avere un orbita perfettamente circolare. E' possibile, ma la velocità del pianeta, data la sua distanza dal Sole,  dovrebbe avere un solo e ben determinato valore, e non cambiarlo mai. Era quindi solo altamente improbabile che, dalla nuvola iniziale di detriti e gas da cui si sono formati i pianeti, la Terra o chi altro, si formasse proprio con quel valore di velocità. Come vedi la Terra ci è andata vicina, ma non ha il valore giusto per avere un orbita circolare, caso particolarissimo dell'ellisse.

Se ricordi un po' d fisica del liceo, si spiega "facilmente" il tutto con la conservazione della quantità di moto (la nuvola iniziale era un disco rotante e quindi anche i pianeti che si sono da quella formata dovevano ruotare attorno al sole) e dal fatto che siamo in presenza di un campo di forza centrale (dovuto all'attrazione gravitazionale del Sole)

11 commenti:

  1. E allora perchè le comete hanno orbite fortemente ellittiche??
    Che cosa cambia x loro?

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  2. Vedo che l'argomento appassiona!!

    Le comete possono avere orbita qualunque, come ogni corpo del sistema solare.

    Possono avere un orbita parabolica, ovvero arrivano da distanze molto grandi, passano accanto al Sole e vengono fiondati via "per sempre" nella zona da cui sono venuti,

    possono avere orbite iperboliche, ovvero arrivano da grandi distanze, passano accanto al Sole e vengono sbattuti via in tutt'altra direzione

    possono avere orbite ellittiche (più o meno, in genere fortemente ellittiche) come la cometa di Halley e quidi "ritornare" dalle parti della Terra ogni qualche anno.

    Come casi particolari possono essere "inghiottite" dai due grandi attrattori gravitazionali del Sistema SOlare: il Sole e Giove.

    Possono infine passare da un orbita aperta (parabolica o iperbolica) iniziale a una chiusa ossia ellittica.

    Il tutto dipende dalle condizioni di velocità e dai parametri dell'orbita iniziale rispetto al SOle, in pratica dall'energia del sistema SOle cometa (e anche agli altri pianeti ma per semplicità facciamo che esista solo la cometa ed il Sole)

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  3. centesimi e millesimi di cosa? di grado?
    e perché per Mercurio l'orbita presenta questa eccessiva ellitticità?
    MORLEO

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  4. andiamo per gradi.

    Mercurio ha un orbita puttosto ellittica , 2 decimi, e molto complessa da interpretare tanto che, per capirla fino in fondo, abbiamo dovuto aspettare Einstein con la sua Relatività, che ci ha spiegato perchè anche l'orbita ruota, poco ma ruota (per semplificare...)

    il motivo è complesso ma intuitivamente ci si puo' arrivare facilmente. Mercurio è piccolo 5.000 chilometri circa di diametro, poco più di un terzo della Terra. Molto vicino al Sole, 60 milioni di chilometri anche qui circa un terzo della distanza della terra. Resta chiaro che il Sole, con la sua enorme massa, esercita una azione gravitazioneale notevolissima sul piccolo mercurio. Per quel che abbiamo detto Mercurio è "condannato" a girare attorno al Sole, date le condizioni in cui si è formato e la velocità che aveva, ma il Sole è come se volesse cambiargli l'orbita con due invisibili e forzute braccia. Fa così anche con gli altri pianeti, ma siccome la attrazione gravitazionale cala molto con la distanza le braccia diventano sempre meno "forzute" .

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  5. seconda parte: centesimi e millesimi. di cosa ?

    di nulla, sono numeri puri. Misurano quanto la curva, chusa è ellittica e sono il rapporto fra gli assi.

    quindi in un cerchio i due assi sono eguali, il raggio è sempre costante. il loro rapporto è quindi perfettamente 1.

    un orbita pco ellittca , come quella della Terra, si discosta d questo di soli 16 centesimi
    etc.

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  6. Scusi Prof. ma che c'entra Einstein con la strana orbita di Mercurio? E cosa sarebbero queste "braccia" del Sole che cerca di spazzare le orbite dei pianeti?
    Il Sole non ci vuole?
    GRUPPO DI STUDENTI CURIOSI

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  7. Studenti Curiosi !!?? Merce rara e da servire subito ;DD

    Siccome non so a che livello di studi siete mi tengo nel mezzo e tento una spiegazione intuitiva.

    Intanto chiariamo un dubbio: Einstein c’entra sempre, perfino fin nel GPS e quindi nel navigatore delle nostre automobili o orologi per fitness.

    Poi: Mercurio è molto vicino al Sole e la forza gravitazionale di quest’ultimo si fa sentire enormemente. Pensiamo che se consideriamo tutto il sistema solare (Sole+ pianeti+ satelliti dei pianeti+ asteroidi a migliaia+ comete a milioni etc.) bene il Sole possiede il 99,99 % della massa dell’intero sistema. E l’attrazione gravitazione fra due corpi dipende dalla Massa e ancor più dalla distanza.

    Risulta semplice allora capire come sul povero Mercurio, piccolino ma vicino a questo bestione, il Sole produca un disturbo notevole. Mercurio quindi continua nella sua orbita molto ellittica, ma risente della perturbazione solare. Come ? immaginate l’orbita di Mercurio e la Linea che congiunge la massima vicinanza al Sole con la sua massima distanza. Bene, mentre Mercurio percorre la sua orbita Il Sole sposta, di poco, questa linea e con essa tutta l’orbita . Esattamente di 52 secondi d’arco. In pratica quindi l’orbita di Mercurio risulta strana, come una specie di margherita disegnata con lo spirografo.

    Tutto questo si spiega bene con la meccanica classica, quella di Newton. Bene però fino a un certo punto perché le misure più accurate danno un valore di 56 secondo d’arco per anno per questo spostamento.

    Però avanzano sempre 0.43 secondi d’arco. Con la meccanica classica non si spiegano e i conti non tornano. Questo piccolo valore spia invece si comprende benissimo, e i conti tornano, se invece della meccanica classica si usa la relatività di Einstein.

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  8. grazie della sua spiegazione...Ma non capiamo cosa c'entra la relatività di Einstein...non ce lo ha ancora spiegato...:(
    STUDENTI DELLE MEDIE

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  9. Cari ragazzi/e

    siete sicuri di avere letto bene quanto ho detto sopra? in realtà la risposta c'e' ma forse voi non ve ne siete accorti. Vi chiedo un piccolo sforzo: leggete attentamente e parlatene fra di voi, poi ci risentiamo, ditemi le vostre impressioni e doande che restano ancora "appese".

    In cambio comunque in settimana vi fornirò una spiegazione più ampia. Certamente ragioniamo sul fatto che stiamo parlando di questioni terribilmente interessanti, ma che richiedono di starci un po' sù a pensare. a rientirci, apetto le vostre considerazioni.

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  10. Non ci siamo arrivati...ci aiuti a capire grazie!

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  11. ok, allora portate pazinza e in ettimana vi rispondo!

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