La fisica in quanto disciplina scientifica non può separarsi dalla sua storia, dalla storia del pensiero umano. Quella che vi racconterò oggi è un viaggio emozionante fatto di errori, esperimenti,  ipotesi… con al centro una donna: Emilie du Chatelet.

Siamo all’epoca dei lumi, periodo di grande fermento politico, artistico, soprattutto scientifico. 

La marchesa Emilie, di elevato ceto sociale, oltre che una bellissima donna, è stata anche una mente vivace. Di carattere forte non hai mai detto di no, neppure di fronte ad una gravidanza che l’avrebbe messa in pericolo! La porta a termine e così decide di morire all’età di 43 anni.

La Chatelet è nota in Francia per aver contribuito allo sviluppo dell’opera di newton, traducendola in Francese, ma anche per aver contribuito, con diversi suoi scritti, a chiarire il concetto di energia cinetica.

La storia dell’energia cinetica è lunga ed affascinante e non la tratteremo a pieno qui, chi è interessato può leggere il libro di Giancarlo Cavazzini “Energia cinetica. Storia di un errore”.

Lasciamo da parte il concetto che abbiamo oggi di energia cinetica e vediamo cosa si sapeva nel 1700:, per Newton essa era proporzionale alla velocità di un corpo , quindi alla sua quantità di moto. Newton afferma che quando una forza è applicata ad un corpo, oltre a cambiargli la velocità, la quantità di moto, modifica la sua energia cinetica. Trasferire impulso equivale a traferire energia di moto, cinetica appunto. 

Modello che oggi farebbe ridere eppure….

Leibnitz propose invece un modello dove l’energia cinetica dipende dal quadrato della velocità di un corpo.

Chi aveva ragione? Come costruire un esperimento che confutasse l’uno o l’altro?

Newton riteneva che l’energia fosse legata alla velocità perché riteneva che essa fosse sprigionata durante un urto, anche se ogni tanto ,quando gli urti erano anelastici ovvero i corpi si univano, tale energia scompariva.

Newton, fortemente credente, spiegò questo come una delle prove dell’esistenza di Dio. L’Universo da solo avrebbe tanti buchi di energia e prima o poi si arresterebbe, ma solo Dio può dall’esterno “caricare” il nostro Universo.

Leibnitz con una serie di complessi calcoli risolse il problema della non conservazione dell’energia cinetica solo se questa dipendeva dal quadrato della velocità.

Egli scrisse: «Secondo la dottrina (di Newton), Dio Onnipotente ha bisogno di ricaricare il suo orologio, di tanto in tanto, perché, altrimenti, esso smetterebbe di funzionare. A quanto sembra, Egli non sarebbe stato abbastanza previdente da imprimere al suo orologio un moto perpetuo».

Qui interviene la nostra Emilie, la quale era venuta a conoscenza di alcuni esperimenti di Jacob’s Gravesande riguardo la caduta di corpi a diverse altezze nell’argilla.

Emilie du Chatelet, con l’aiuto del suo amante Voltaire, ripetè gli esperimenti di Gravesande e giunse alla conclusione che l’energia cinetica dipende dal quadrato della velocità!

Vedremo in dettaglio l'esperimento di gravesande la prossima settimana, qui lo riassumiamo.

Se una palla ad una certa velocità cade su un corpo quale argilla, nel momento in cui si arresta, se l’energia si conserva essa andrà tutta in energia elastica. Nel moto di caduta libera (con partenza da fermo) si sa che quadruplicando l’altezza di caduta, si raddoppia la velocità.

Se l’energia cinetica dipende dal quadrato della velocità allora al quadruplicare dello spazio l’energia quadruplica, se invece dipende dalla velocità allora essa raddoppia.

Ecco la chiave di svolta! Se tutta l’energia viene immagazzinata nella deformazione dell’argilla, la pallina penetrerà dentro ad una profondità che dipenderà dall’energia cinetica della pallina!

In particolare la profondità di penetrazione della palla nell’argilla quadruplica se raddoppia la velocità in un modello E=MV^2, altrimenti deve raddoppiare al raddoppiare della velocità in un modello E=MV !

Se lasciamo cadere, a velocità iniziale nulla, una palla da una altezza h allora in base a quanto questa sprofonderà nell’argilla possiamo capire chi ha ragione!

Nella prossima puntata vedremo come realizzare tale esperimento in classe e quali conclusioni si possono trarre.

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