IMPORTANZA APPLICATIVA ALLA RISOLUZIONE DI ALCUNI MISTERI DELLA FISICA IN BASE ALLA SCOPERTA DELLA FORZA ROTAZIONALE INDOTTA

IMPORTANZA APPLICATIVA ALLA RISOLUZIONE DI ALCUNI MISTERI DELLA FISICA IN BASE ALLA SCOPERTA DELLA FORZA ROTAZIONALE INDOTTA

Dott. Giuseppe Cotellessa 

Sir Isaac Newton ha intuito che esistono solamente forze legate all’accelerazione del tipo f = ma.

La forza scoperta da Newton produce l’effetto di spostamento di un corpo lungo una traiettoria rettilinea.

Per spiegare il moto rotatorio di un corpo con massa m soggetto ad una forza F ha introdotto il concetto di momento della forza definito come M=fr.

Successivamente ha introdotto i concetti di forza centrifuga e centripeta che dipendevano dalla velocità e non più dall’accelerazione come

Fcentripeta= mv²/r

Fcentrifuga = mω²r

In realtà la teoria che completa e supera la visione della fisica di Newton, in base ad una mia intuizione è la seguente.

In analogia alle forze del  campo elettromagnetico, secondo le relazioni di Maxwell, che afferma :

Fem = qE+mvB

Le forze del campo rotazionale-gravitazionale sono:

 Frg = ma + mvω

In cui la velocità angolare ω viene generata in modo simile al campo magnetico B.

Il campo magnetico viene generato da una carica elettrica in movimento, come un corpo di massa m con velocità v deve generare la velocità angolare ω.

Nell’esperienza quotidiana i corpi con massa m sono per la maggior parte fermi o si muovono con basse velocità.

La grande differenza tra le forze tipo newtoniane, che dipendono dal prodotto della massa per l’accelerazione e quelle scoperte inizialmente in modo intuitivo da me, che dipendono dalla velocitò, è che le prime producono lavoro non nullo e le seconde producono un lavoro che è sempre nullo, dal momento che le forze generate sono sempre perpendicolari allo spostamento del corpo che si muove con velocità v.

Questa particolare caratteristica delle forze rotazionali indotte di compiere sempre un lavoro nullo ha reso difficile scoprire la loro esistenza.

Nel mondo quotidiano abbiamo qualche esperienza dell’esistenza di queste forze dal momento che sappiamo che quando andiamo in bicicletta non cadiamo anche quando andiamo a velocità costante e con i dispositivi che funzionano in base all'effetto centrifugo.

La forza rotazionale indotta diventa la forza predominante quando cerchiamo di capire il mondo atomico o il comportamento delle particelle subatomiche come ad es l’elettrone che si muovono ad elevate velocità.

Solo la considerazione dell’esistenza di questa forza è in grado di spiegare i fenomeni atomici quantistici.

Procedendo con ordine ci si può chiedere come mai in natura non esistono particelle con sola carica elettrica e senza massa.

La domanda è molto sottile, sembra banale ma è invece importantissima.

Le uniche particelle che apparentemente sono senza massa sono i fotoni. Sappiamo però che a partire dai fotoni si possono generare particelle con materia e con antimeria.

Il fatto che i fotoni sono senza massa non significa che i fotoni non abbiano massa, ma semplicemente che la somma della materia e dell’antimateria nei fotoni è nulla.

Allo stesso modo diciamo che un atomo è neutro quando la somma delle cariche positive dei protoni è uguale alla somma delle cariche negative degli elettroni.

Se consideriamo un elettrone in movimento con velocità v costante, massa m e carica q, sappiamo che quando incontra un campo magnetico di induzione B incomincia a compiere rotazioni su una circonferenza con raggio R senza consumare mai energia, uguagliando semplicemente la forza rotazionale indotta mvω con la forza di Lorentz qvB

Dal momento che ω = v/r

Risulta r= mv/qB

Con  ω = qB/m

A questo punto è lecito chiedersi:

Cosa succederebbe con una particella con sola massa m e sola carica elettrica q separate tra loro?

Es di corpi con sola massa m sono ad esempio i neutroni.

Sappiamo dalla fisica che i neutroni mostrano la dualità onda particella.

A basse velocità si comportano più come onda ed ad alte velocità più come particella.

Sappiamo adesso che un corpo di massa m che si muove con velocità v genera una forza rotazionale indotta pari a mvω.

Sappiamo che esiste una legge fondamentale della fisica che esprime la conservazione dell’energia.

Questo significa che qualsiasi particella quando è in movimento ripartisce la sua energia parte in energia di traslazione e parte di rotazione grazie all’esistenza della forza rotazionale indotta pari a mvω.

Quindi grazie al gioco delle due forze ma e mvω, una proporzionale all'accelerazione l’altra alla velocità v, quando qualsiasi particella si muove contemporaneamente trasla e ruota.

Se prevale l’effetto della traslazione diciamo che ha il comportamento di una particella, se prevale l’effetto della rotazione ha più il comportamento di un’onda.

Quando ad es un neutrone ha bassa velocità di traslazione la maggior parte dell’energia può essere convertita in energia di rotazione e quindi il neutrone si comporta più come un’onda simile ad es al comportamento della luce.

Quando il neutrone ha elevate velocità, l’energia di rotazione diminuisce per il principio di conservazione dell’energia e il neutrone si comporta più come una particella che come un’onda.

Tralasciamo il caso di particelle con sola carica elettrica senza massa che non esistono in natura.

Riprendiamo il caso dell’elettrone che possiede contemporaneamente massa m e carica elettrica q con velocità v che incontra un campo magnetico di induzione B ed in cui agisce contemporaneamente la forza di Lorentz qvB e la forza rotazionale indotta . mvω.

Perché l’elettrone incomincia a ruotare?

In questo caso assistiamo alla conversione completa di moto traslatorio con un moto completamente rotatorio che non dissipa mai energia e che quindi può ruotare all'infinito, perché il lavoro è sempre nullo.

L’ideale sarebbe ripetere lo stesso esperimento con un elettrone speciale dotato di sola carica elettrica senza massa per vedere cosa succede.

Sappiamo soltanto che la rotazione dell’elettrone è dovuta al gioco di equilibrio tra la forza di Lorentz e la forza rotazionale indotta.

In questo caso le forza ma e qE non sono presenti perché si è in presenza di una sola particella con una sola massa ed una sola carica elettrica.

Quindi per manifestarsi le forze ma e qE hanno bisogno la prima di due particelle con massa e la seconda di due particelle con carica.

Le forze di induzione rotazionale mvω e di Lorentz qvB si manifestano anche su una singola particella con sola massa m o sola carica elettrica q.

Capire a fondo cosa succede in questo caso sperimentale significa risolvere tanti problemi della fisica, dall'unificazione della forza rotazionale gravitazionale con quella elettromagnetica, a chiarire il mistero del comportamento onda particella ecc.