La meccanica è una parte della fisica che studia il movimento dei corpi e usa la matematica per esprimere ciò che osserva.

Questa branca della fisica è molto importante perché serve per spiegare dei fenomeni che osserviamo nella nostra vita quotidiana. La meccanica può essere usata per la mappatura del flusso sanguigno o per studiare il movimento delle placche tettoniche in geologia.

I principali studi di meccanica classica si devono a Isaac Newton, Galileo Galilei e Giovanni Keplero. Nel XX secolo si affermano i principi della meccanica relativistica grazie al genio di Albert Einstein. Negli anni successivi, è arrivata la teoria della meccanica quantistica.

Oltre a essere una materia interessante, la meccanica è anche una delle branche della fisica più trattate nelle scuole superiori. Cerchiamo allora di capire qualcosa di più sulla meccanica, a partire dalla sue origini.

Le origini dello studio della meccanica

Gli uomini e le donne di tutti i tempi sono sempre stati attratti dai corpi in moto.
Il movimento dei corpi ha sempre attirato gli esseri umani!

Le origini della meccanica possono farsi risalire a quando gli uomini e le donne hanno cominciato a percepire i fenomeni naturali e interessarsi al movimento dei corpi. Anche se la semplice osservazione dei fenomeni non può essere considerata uno studio scientifico, l'uomo era comunque in grado di usare il moto degli astri per orientarsi e spostarsi.

Le antiche civiltà della valle dell'Indo sono state le prime a lasciare una prova scritta del proprio interesse per la meccanica. La svolta negli studi scritti avviene nell'Antica Grecia dove filosofi e scienziati iniziano ad elaborare teorie utilizzando il ragionamento logico e fare esperimenti sui fenomeni naturali.

Il pensiero di Aristotele sarà il punto di riferimento in ogni materia, anche nello studio dei corpi celesti, per tutto il Medioevo. La chiesa, detiene le chiavi del sapere non solo in ambito filosofico ma anche naturale.

Nel Rinascimento, la sete di conoscenza e le domande sul mondo circostante ricomincia a evolversi in maniera indipendente dalla religione, anche a costo di dimostrare che le teorie sull'universo fino ad allora accettate erano sbagliate.

Nicolò Copernico rivoluzionò il pensiero aristotelico affermando la visione eliocentrica e non geocentrica dell'universo: in altre parole al centro dell'universo c'è il Sole e non la Terra. Nello stesso periodo Galileo Galilei, considerato il padre della scienza moderna, sviluppò delle teorie molto importanti sul moto dei corpi dimostrando di abbracciare la teoria copernicana.

Nel 1687 il giovane inglese Isaac Newton diede un'impulso importante alla fisica con l'opera Principi matematici della filosofia naturale spiegando i tre principi della dinamica.

Ti stai chiedendo che cosa studia la meccanica?

Evoluzione degli studi sulla meccanica nel XX secolo

Con gli studi di Einstein la meccanica si apre al principio di relatività.
La teoria della relatività ha rivoluzionato la fisica meccanica!

All'inizio del XX secolo, la fisica tornò ad occuparsi prepotentemente del moto dei corpi. Con lo sviluppo delle tecniche di osservazione si scoprirono nuovi fenomeni che hanno generato dubbi e ulteriori studi.

Gli argomenti più studiati sono stati quelli della cinematica e dell'elettrodinamica. La prima, è una parte della meccanica che studia il moto dei corpi in sé, senza tenere in considerazione le cause. La seconda, invece, analizza il movimento delle cariche elettriche.

La maggiore novità per la fisica sono stati la teoria della relatività sviluppata da Albert Einstein, premio nobel per la fisica, e i successivi studi sulla fisica quantistica. Einstein aveva trovato diverse incongruenze nelle teorie sul moto dei corpi degli anni precedenti. Einstein introdusse il concetto di relatività del moto dei corpi e il fatto che, a velocità costante, valessero le stesse leggi di natura per tutti i corpi.

La velocità presa in considerazione è quella della luce. Questo vuol dire che due osservatori che si muovono in un moto costante vedranno la luce muoversi alla stessa velocità.

Da qui nascono nuovi concetti di tempo e spazio che non sono più assoluti. Einstein stabilisce la celebre equazione tra questi tre fattori e l'idea che la posizione degli eventi e il momento in cui si verificano possono interferire con i calcoli matematici.

Che cosa studia la cinematica?

Gli studi attuali sulla fisica

Oggi gli studi sulla fisica si concentrano sulla meccanica quantistica.
La meccanica quantistica è la principale area di studio della fisica contemporanea!

La meccanica quantistica nasce nel XX secolo. Questa parte della fisica si interessa delle particelle a livello molecolare e atomico che ricevono valori quantici. Con la meccanica quantistica riusciamo a capire meglio come si forma la materia. La scoperta più importante in questo ambito è che la materia si comporta come una particella, in alcuni casi, e come un'onda, in altri casi.

Le tendenze attuali della fisica riguardano lo studio della fusione nucleare e la teoria del campo unificato. Cerchiamo di capire meglio questi concetti.

Fusione nucleare controllata

La fusione nucleare è un processo che genera energia attraverso la fusione dei nuclei di atomi diversi che danno origine ad altri atomi. Questo evento accade costantemente nelle stelle e all'interno del sole, rendendoli splendenti. Inizia con la fusione dell'idrogeno con l'isotopo, dando origine all'elio e altri elementi. Tutto questo processo genera una massiccia quantità di energia, chiamata energia nucleare.

Una delle principali sfide della fisica contemporanea è come ottenere energia nucleare attraverso il controllo del processo di fusione. I ricercatori cercano di realizzare questo processo con un'alternativa più pulita, usando l'acqua come materia prima ed evitando effetti nocivi per l'ambiente.

Il composto utilizzato come combustibile per la fusione è il deuterio, un isotopo di idrogeno presente nell'acqua. Più va avanti la fisica è più è possibile ottenere fonti di energia pulite e sicure per l'intera società.

Teoria del campo unificato

La teoria del campo unificato fa riferimento all'inizio dell'evoluzione dell'universo e si basa sulle teorie del big bang e delle particelle elementari. La più grande sfida dei ricercatori è spiegare, tramite equazioni, l'azione delle forze gravitazionali, nucleari ed elettromagnetiche nel momento dell'esplosione.

La formazione dell'universo è ancora un campo di ricerca aperto e gli scienziati cercano di confermare o confutare le teorie che spiegano in che modo si fono formati i pianeti e altri composti elementari.

Gli studi sulla fisica fanno in modo che l'umanità conosca meglio il mondo e la realtà circostante. Per questo ognuno di noi dovrebbe conoscere le teorie della fisica, o almeno quello che hanno a che fare con la nostra vita quotidiana.

Rapporto tra meccanica relativistica e quantistica

La fisica continua a fare delle piccole rivoluzioni sul nostro modo di concepire l'universo e cerca in continuazione di capire di più nell'universo. Attualmente le teorie più importanti della fisica sono due:

  • La teoria della relatività ristretta e generale di Albert Einstein, che serve a spiegare gli immensi fenomeni dell'universo e secondo cui la gravità è il modo in cui lo spazio e il tempo si curvano data la massa di un corpo.
  • La meccanica quantistica, iniziata da Max Planck, che si concentra invece sullo studio delle parti più piccole della materia a livello atomico e sub-atomico e sulle tre forze che la regolano: elettromagnetica, nucleare forte e nucleare debole.

La meccanica quantistica spiega cosa succede all'interno dell'atomo e quali forze agiscono per tenere insieme elettroni e fotoni, o quanti.

La sfida della fisica contemporanea sembra quella di riuscire a misurare la forza di gravità e riuscire a spiegare con un'unica legge quello che succede in corpi tanto grandi dell'universo e in particelle tanto piccole come quelle che si trovano nel nucleo dell'atomo.

La teoria delle stringhe, è una delle ultime teorie che cerca proprio di unire la teoria della relatività generale con la meccanica quantistica.

Quali sono i principi della dinamica?

La fisica meccanica all'esame di maturità

Ogni programma scolastico include elementi di fisica meccanica.
La meccanica è la branca della fisica più studiata a scuola!

La meccanica è presente in tutti i programmi scolastici di fisica o scienze, per questo è importante studiarla bene. Al liceo scientifico è una delle materie di indirizzo, insieme a matematica, ed è l'oggetto della seconda prova agli esami di maturità.

La seconda prova scritta al liceo scientifico è composta da 2 problemi e 8 domande tra cui bisogna scegliere 1 problema e 4 domande. Per poter superare la prova senza difficoltà devi allenarti a fare gli esercizi di matematica e ripassare il programma di fisica.

Gli argomenti di fisica trattati sono:

  • Spazio, tempo e moto
  • Cinematica classica e relativistica
  • Elettricità e magnetismo
  • Cariche elettriche, legge di Coulomb
  • Energia
  • Induzione elettromagnetica
  • Interferenza
  • Onde sonore ed elettromagnetiche
  • Dualismo onda-particella
  • Forza e campo gravitazione ed elettromagnetico
  • Statica e idrostatica

La matematica è il linguaggio con cui si esprime la fisica, per questo le materie sono così interconnesse. Oltre a ripassare il campo gravitazionale, dovrai fare esercizi per calcolare la massa dei pianeti, per esempio.

Se vuoi capire qualcosa di più sulla fisica o prepararti per gli esami di maturità, rivolgiti a un insegnante di fisica privato. Potrai approfondire tutti gli argomenti che non ti sono chiari, come la legge di gravitazione universale, per esempio, e colmare tutte le lacune prima della grane prova. In questo modo potrai superare senza difficoltà la prova di fisica alla maturità o i test di auto-valutazione prima di iscriverti alla facoltà di fisica!

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Catia

Traduttrice e scrittrice con una passione per le lingue