Keplero e Newton: il moto dei pianeti e la forza di gravità
Nel mondo della scienza e delle scoperte scientifiche, pochi nomi brillano tanto luminosamente come quelli di Isaac Newton e Johann Kepler, conosciuto in Italia come Giovanni Keplero. Entrambi furono protagonisti di rivoluzioni che hanno modificato il nostro modo di vedere e comprendere l’Universo.
In un periodo di profondo cambiamento e curiosità, durante la Rinascenza e l’Età dell’Illuminismo, questi due giganti della scienza sfidarono le idee convenzionali e stabilirono nuovi paradigmi che sarebbero diventati fondamentali per la comprensione moderna dell’astronomia e della fisica. Mentre Keplero decifrava i misteri delle orbite planetarie, Newton gettava le basi della meccanica classica.
- La vita di Isaac Newton e Johann Kepler
- Le tre leggi del moto dei pianeti di Giovanni Keplero
- La teoria della gravitazione universale di Isaac Newton
- Le conseguenze delle scoperte di Keplero e Newton
- Mappa mentale su Keplero e Newton
La vita di Isaac Newton e Johann Kepler
Giovanni Keplero (1571-1630), nato più di settanta anni prima di Newton, visse in una Germania divisa da tensioni religiose e politiche. Kepler frequentò l’Università di Tübingen, dove studiò matematica e astronomia sotto Michael Maestlin, un noto astronomo dell’epoca. Fu attraverso Maestlin che Keplero venne introdotto alle idee di Copernico, che posizionavano il Sole, e non la Terra, al centro dell’Universo. Dedicando la sua vita all’astronomia, è meglio conosciuto per le sue tre leggi del moto planetario, che descrivono come i pianeti orbitano attorno al Sole. Queste leggi, pubblicate tra il 1609 e il 1619, fornirono una base fondamentale per la successiva teoria della gravitazione di Newton.
Isaac Newton (1643-1727) nacque in un piccolo villaggio nel Lincolnshire, in Inghilterra. La sua nascita avvenne appena pochi mesi dopo la morte di suo padre, e inizialmente non si prevedeva che sopravvivesse a causa della sua nascita prematura. Tuttavia, non solo sopravvisse, ma divenne uno dei più grandi scienziati di tutti i tempi. Dopo aver frequentato la Grantham Grammar School, Newton si iscrisse al Trinity College, Cambridge nel 1661. Fu qui che iniziò a sviluppare le sue teorie rivoluzionarie su matematica, ottica e fisica. La sua opera più influente, “Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica", pubblicata nel 1687, gettò le basi della meccanica classica, introducendo concetti fondamentali come la legge di gravitazione universale.
Sebbene vissuti in periodi e luoghi diversi, sia Newton che Kepler furono uniti nella loro missione di cercare una comprensione più profonda delle leggi naturali dell’Universo. Le loro scoperte continuarono a influenzare e ispirare generazioni di scienziati, cementando il loro posto come pilastri del pensiero scientifico.
Le tre leggi del moto dei pianeti di Giovanni Keplero
Giovanni Keplero è stato un vero pioniere nell’astronomia, ed è maggiormente conosciuto per le sue tre leggi del moto planetario, che hanno rivoluzionato la nostra comprensione delle orbite dei pianeti attorno al Sole. Queste leggi sono il frutto di anni di osservazioni accurate e analisi dei dati raccolti dal suo mentore e collega, l’astronomo danese Tycho Brahe. In particolare, le tre leggi del moto dei pianeti sostengono:
- La prima legge – Legge delle Orbite Ellittiche: Conosciuta anche come la legge delle ellissi, stabilisce che i pianeti si muovono in orbite ellittiche, con il Sole in uno dei due fuochi. Questa legge rompeva con la tradizionale visione, risalente all’epoca di Aristotele, secondo cui i pianeti si muovevano in cerchi perfetti.
- La seconda legge – Legge delle Aree: Questa legge afferma che un’area spazzata da un segmento di linea che collega un pianeta al Sole è sempre uguale in un determinato intervallo di tempo. In altre parole, quando un pianeta si avvicina al Sole (in un punto chiamato perielio), la sua velocità aumenta, e quando si allontana (in un punto chiamato afelio), rallenta. Tuttavia, l’area “spazzata" da un pianeta sarà sempre la stessa in tempi uguali, indipendentemente dalla sua posizione nell’orbita.
- La terza legge – Legge dell’Armonia: Spesso citata come la legge dei periodi, stabilisce una relazione precisa tra il periodo orbitale di un pianeta (il tempo impiegato per completare un’orbita) e la sua distanza media dal Sole. Nello specifico, la legge dice che il quadrato del periodo di un pianeta è proporzionale al cubo della sua distanza media dal Sole.
Keplero arrivò a queste conclusioni dopo aver esaminato in dettaglio le osservazioni di Marte fatte da Tycho Brahe. Fu l’orbita di questo pianeta, che non si adattava ai modelli circolari perfetti, a fornirgli la prova cruciale necessaria per formulare le sue leggi. Le sue leggi rappresentano un significativo passo avanti rispetto al sistema geocentrico tolemaico e alla visione eliocentrica di Copernico. Mentre Copernico aveva correttamente posto il Sole al centro del sistema solare, era ancora legato all’idea di orbite circolari. Keplero, invece, attraverso la sua analisi meticolosa e osservazioni dettagliate, fu in grado di delineare con precisione la vera natura delle orbite planetarie. Queste scoperte, a loro volta, gettarono le basi per la teoria della gravitazione universale di Isaac Newton.
La teoria della gravitazione universale di Isaac Newton
Isaac Newton, uno degli scienziati più influenti della storia, ha rivoluzionato la nostra comprensione dell’universo con la sua teoria della gravitazione universale. Questa teoria, formulata nella seconda metà del XVII secolo, ha rappresentato un enorme passo avanti rispetto alle idee precedenti sulla gravità e sul moto dei corpi celesti.
Prima di Newton, la comprensione dominante del moto planetario si basava sul sistema tolemaico, poi corretto e ampliato da Copernico e Keplero. Mentre le leggi del moto di Keplero descrivevano accuratamente come i pianeti si muovono attorno al Sole, non fornivano una spiegazione su perché si muovessero in quel modo.
La teoria della gravitazione universale di Newton ha fornito quella spiegazione. Nella sua opera magistrale, “Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" (spesso chiamata semplicemente “Principia"), pubblicata nel 1687, Newton propose che ogni oggetto nell’universo attrae ogni altro oggetto con una forza che è direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra i loro centri. Questo concetto è noto come la legge della gravitazione universale.
In termini semplici, ciò significa che più grandi sono le masse degli oggetti e più vicini sono tra loro, più forte sarà la forza gravitazionale tra di loro. Allo stesso tempo, più gli oggetti sono lontani, meno influente diventa questa forza. È questa forza invisibile che tiene i pianeti nelle loro orbite attorno al Sole.
La teoria di Newton non solo ha spiegato il moto dei pianeti, ma ha anche fornito le basi per comprendere una vasta gamma di fenomeni, dalla caduta di una mela dalla sua pianta, come è spesso citato negli aneddoti che hanno come protagonista lo scienziato, alla traiettoria delle comete nello spazio profondo.
L’impatto di questa teoria sul mondo scientifico è stato sconvolgente. La gravitazione universale di Newton ha offerto una spiegazione unificante che ha collegato i fenomeni terrestri e celesti sotto una singola legge, la sua opera ha gettato le basi per la fisica classica e ha mantenuto la sua supremazia fino all’avvento della teoria della relatività di Einstein nel XX secolo.
Le conseguenze delle scoperte di Keplero e Newton
Le rivelazioni di Keplero e Newton hanno rappresentato una svolta epocale non solo per la scienza, ma per l’intera civiltà occidentale. Le loro scoperte hanno profondamente influenzato la nostra comprensione dell’universo, spostando il paradigma dalla visione geocentrica, che poneva la Terra al centro dell’universo, a una visione eliocentrica, con il Sole al centro del nostro sistema solare.
Le tre leggi del moto dei pianeti di Keplero hanno fornito una descrizione precisa e predittiva del movimento dei pianeti attorno al Sole e ciò ha dimostrato, in termini matematici, che le idee di Copernico sull’elio-centrismo erano corrette. Questo ha semplificato notevolmente la nostra comprensione del sistema solare e ha gettato le basi per ulteriori scoperte nel campo dell’astronomia.
L’introduzione della teoria della gravitazione universale di Newton ha spianato la strada alla fisica moderna. Ha collegato il cielo e la terra sotto una legge unificatrice, dimostrando che la stessa forza che fa cadere una mela al suolo tiene anche i pianeti nelle loro orbite. Questa idea ha avuto profonde implicazioni filosofiche, suggerendo un universo ordinato e prevedibile, governato da leggi naturali piuttosto che dall’arbitrio divino o da influenze mistiche.
In termini pratici, le idee di Keplero e Newton hanno stimolato progressi tecnologici che hanno influenzato ogni aspetto della società moderna. La comprensione del movimento e della gravità ha reso possibile la navigazione accurata, rivoluzionando il viaggio e il commercio e ha anche gettato le basi per lo sviluppo della meccanica, del calcolo e di molte altre aree della scienza e della tecnologia.
Mappa mentale su Keplero e Newton
Grazie a Keplero il più straordinario cambiamento che avviene nel modo di concepire l’Universo è la sua forma: non più sferico (la sfera e il cerchio erano simboli di divinità e perfezione per gli antichi greci), bensì ellittico (con il Sole a occupare uno dei due fuochi).
Newton, infine, riesce a descrivere in modo rigoroso per la prima volta nella storia dell’umanità quale sia la legge fondamentale che governa il movimento degli astri nell’Universo: i pianeti si attraggono tra loro con una forza direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza che li separa (legge di gravitazione universale dei pianeti).
Se vuoi stampare la mappa mentale con le informazioni principali sul Keplero e Newton, scarica il pdf in bianco e nero qui: