Sei una di quelle persone che rabbrividiscono al solo pensiero delle lezioni di fisica a scuola? Pensi che i tuoi figli stiano affrontando le stesse difficoltà che avevi tu in materia e ti senti inerme, perché non sai come aiutarli? Per prima cosa, proviamo a cambiare idea sulla fisica.

Molte volte pensiamo che una materia sia difficile, o peggio, impossibile da apprendere per via di limiti che siamo noi stessi a imporci. Se anche tu hai difficoltà con la fisica, prova per un momento a pensare a quanti fisici hanno cambiato l'umanità.

Qual è il primo nome che ti viene in mente? Probabilmente, Albert Einstein il fisico tedesco che ha contribuito alla scienza con centinaia di pubblicazioni e ricerche nel corso della sua vita. Per questo è conosciuto e studiato da generazioni. Indubbiamente, Einstein, è uno dei grandi della fisica!

Chissà che ripercorrere la vita di questo scienziato straordinario non ti ispiri a seguire un corso di fisica, per migliorare a scuola o per approfondire un argomento che ti affascina!

Se vuoi saperne di più sull'importanza di Albert Einstein per l'umanità, continua a leggere il nostro articolo speciale su questa reale celebrità dell'intelligenza.

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La teoria della relatività e la sua portata

Quando sentiamo parlare di Einstein, normalmente colleghiamo il suo nome alla Teoria della relatività, una delle sue più grandi scoperte. Il genio della fisica nasce a Ulma, in Germania, nel 1879 da una famiglia di religione ebraica.

Traferitosi in Svizzera con i genitori nel 1895,  fu un ottimo studente, sempre avanti con gli anni. Nel 1985 tentò di iscriversi al Politecnico di Zurigo ad appena 16 anni, ma non ci riuscì. Non è vero che andasse male in matematica, piuttosto aveva qualche difficoltà con le materie letterarie, era un tipo un o' ribelle e anche osteggiato dal clima di intolleranza dei tempi! L'anno successivo fu ammesso al Politecnico e si laureò nel 1900.

Nel 1905, l'ano del suo dottorato all'Università di Zurigo, pubblicò i suoi scritti più noti tra cui quelli sull'effetto fotoelettrico e sulla teoria della relatività ristretta, che gli valsero il premio Nobel. Dopo aver insegnato a Berna, Zurigo e Berlino (dal 1914 al 1933), dal 1933 si traferisce negli Stati Uniti dove insegna alla Princeton University fino alla morte, nel 1955.

Allora, che cosa dice la teoria della relatività?

La teoria della relatività è la scoperta più nota di Albert Einstein.
Appena nominiamo Einstein pensiamo subito al concetto di relatività!

Il tempo è relativo

Per capire meglio questa teoria, partiamo dal "tempo". Siamo abituati a pensare che sia lo stesso per tutti, che si svolga con la stessa velocità per te che sei qui in Italia a leggere un articolo, e per un atleta, in Giappone, che corre per allenarsi alle prossime Olimpiadi.

Secondo la Teoria della relatività di Einstein, il tempo non esiste in termini assoluti, ma è una percezione che cambia in base all'osservatore. Per il corridore giapponese che abbiamo citato, il tempo sta passando più rapidamente rispetto a te, che sei seduto di fronte al computer o leggi dal cellulare. Da qui viene il nome di relatività, dato che il passare del tempo è relativo, dipende dal punto di vista di chi lo vive.

Questa differenza è infima, il che la rende impercettibile nella nostra vita quotidiana. Possiamo notare la relatività solamente in casi estremi, per esempio per qualcuno che trascorre un anno nello spazio, a bordo di una navicella. Al suo rientro sulla terra è possibile che amici e parenti del nostro astronauta siano invecchiati di 10 anni. Dal punto di vista delle persone rimaste sulla terra è possibile che il tempo sia trascorso più lentamente, rispetto al viaggiatore.

Quando viaggiamo alla velocità della luce, che è una delle più grandi che conosciamo, il tempo smette di muoversi, mentre sarà più veloce per quelli che rimangono fermi rispetto al proprio mezzo di trasporto.

Conosci la storia di Stephen Hawking?

Il tempo è relativo anche per la materia e l'energia

Alcuni anni dopo, Einstein scoprì che la relazione che esiste tra tempo e spazio è la stessa che c'è tra materia ed energia. Questo spiega il fatto per cui una piccola particella di materia è in grado di generare una grande quantità di energia.

Facendo un esempio pratico, possiamo applicare questa teoria all'orientamento del satellite di localizzazione inviata a navi e aerei. I satelliti gravitano a 14.000 km/h, il che fa in modo che il loro orologio sia in ritardo di circa 7 milionesimi di secondo, ossia microsecondi, al giorno. Allo stesso tempo, stando a 25.000 km di altitudine, i satelliti sentono meno la gravità, il che fa anticipare i  loro orologi di 45 milionesimi di secondo al giorno.

Lo spazio e il tempo sono variabili collegate dalla relatività.
La percezione del tempo nello spazio è diversa dalla nostra e la teoria della relatività spiega il perché!

Se calcoliamo la differenza, concluderemo che il satellite  in anticipo di 38 microsecondi al giorno, che accumulati risultano in 10.000 km al giorno, se gli orologi non fossero regolati quotidianamente.

Alcuni esempi della teoria della relatività di Einstein

La teoria della relatività è senza dubbio una delle più famose nel XX secolo, ma la domanda che molti si fanno è: come si applica alla nostra vista quotidiana?

Formulata da Einstein nel 1905, la teoria della relatività ristretta diventa teoria della relatività generale nel 1915 e parte dal concetto che le leggi della fisica sono le stesse in ogni luogo. La teoria spiega il comportamento dei copri nello spazio e nel tempo e può essere applicata ai buchi neri, alla curvatura della luce dovuta alla gravità o al comportamento di Mercurio nella sua orbita.

La teoria della relatività è di una semplicità disarmante.

Primo: non esistono quadri di riferimento assoluti. Ogni volta che misuriamo la grandezza di un corpo questa è sempre relazionata a qualcos'altro.

Secondo: la velocità della luce è la stessa, indipendentemente da chi la misura e dalla rapidità con cui procede.

Terzo: niente è più rapido della luce.

Per vedere le implicazioni di questa teoria non è necessario andare su una navicella spaziale, ma basta guardarci intorno per vedere come le teorie di Einstein sono state applicate alla tecnologia che ci circonda:

  • Elettromagnetismo
  • GPS, Sistema di posizionamento globale
  • Mercurio liquido
  • La tua vecchia TV
  • La luce

A proposito di luce, scopri chi era Nikola Tesla!

Einstein, la meccanica quantistica e la fisica moderna

A giudicare dalla sua vita, Einstein ha avuto un rapporto di amore e odio con la fisica classica. Nonostante le sue scoperte in questo ambito, ne è stato anche un grande critico.

I suoi studi hanno dimostrato che le leggi di Isaac Newton non funzionavano molto bene per corpi minuscoli, come le molecole e gli atomi. Fu Einstein, insieme a Planck, Bohr e Schrodinger a dare impulso alla meccanica quantistica e quindi, alla fisica moderna.

Le sue formule riuscirono a dimostrare che le scoperte di Max Planck  sui quanti e sulla doppia natura della luce, particella e onda, erano giuste e aprì la strada per il concetto di fotone. Questo momento segna la nascita della fisica moderna che risponde alle domande lasciate aperte dalla fisica classica di Isaac Newton e Galileo Galilei.

La teoria dei quanti fu sostenuta da Einstein.
Albert Einstein e Niels Bohr nel 1925.

In questa fase, i fisici iniziano a studiare le radiazioni emesse dai corpi neri e Einstein giunge alla conclusione che materia ed energia si equivalgano.

Il ruolo di Einstein nella fisica atomica

Potrebbe essere stata la scoperta della relazione tra materia ed energia ad aver dato inizio alla costruzione della bomba atomica, visto che la materia consiste in una determinata quantità di energia immagazzinata.

Anche chi non ha studiato fisica, avrà sicuramente sentito parlare o visto la formula "E=mc2". Si tratta di una delle equazioni più famose al mondo ed è stata creata proprio da Einstein. Significa che l'energia è uguale alla massa moltiplicata per la velocità della luce al quadrato.

L'energia citata da Einstein è quella che permette il movimento e l'interazione dei corpi nello spazio; può essere legata al movimento o al calore; si può trasformare ma non modificare.

La principale formula di Einstein è anche la più potente! L'equazione sull'energia di Einstein è stata usata per esperimenti atomici.

La fissione nucleare è un modo per liberare parte di questa massa di un determinato atomo. Per trasformare tutta la materia in energia, bisognerebbe trovare una fonte di antimateria, ma ancora non siamo arrivati a questo punto!

Un altro modo è usare un acceleratore di particelle, ma il tempo necessario per produrlo sarebbe di 10 milioni di anni.

Scopri i segreti dell'universo con un corso di fisica quantistica!

Einstein e il Premio Nobel alla fisica

Con il contributo dato all'evoluzione della fisica è naturale che Einstein abbia ricevuto premi e riconoscimenti. Nel 1921 viene insignito con il Premio Nobel per la fisica che riporta tra le motivazioni, il contributo dato dalla scoperta dell'effetto fotoelettrico e dalla Teoria della relatività.

La saggezza di Einstein in una frase.
Non possiamo risolvere i nostri problemi con la stessa testa con cui li abbiamo creati!

Oltre al prestigioso premio svedese, Einstein ha avuto atri riconoscimenti importanti come il premio Copley. Il nome di Einstein è anche nel tempio di Walhalla, tra le figure più importanti in Germania. Nel 1999 il Times lo ha incoronato persona del secolo.

Nell'agosto del 1955, appena cinque mesi dopo la sua morte, è stato dato il suo nome all'elemento 99 della tavola periodica. Nello stesso anno Einstein aveva riunito colleghi scienziati, tra cui Frederic Joliot-Ciurie, genero di Marie Curie, nel Manifesto Russell-Einstein per il disarmo nucleare.

In Germania è stato creato l'Albert Einstein Science Park con una torre che funge da osservatorio astrofisico per la sua teoria della relatività.

In Svizzera è stata ideata la Medaglia Albert Einstein come riconoscimento da parte dell'omonima fondazione per le persone che svolgono importanti ricerche scientifiche ispirate alle teorie del grande fisico.

Naturalmente, non possiamo diventare tutti come Albert Einstein, ma prendere la decisione di studiare fisica e comprendere almeno i concetti principali dovrebbe essere alla portata di tutti.

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Catia

Traduttrice e scrittrice con una passione per le lingue