Problema forza apparente

[cesarelia]

allora abbiamo una forza uguale e contraria che è proprio la forza centrifuga reale.

Già precedentemente avevo fatto notare che succede solo nei casi (ideali) di moto perfettamente circolare e uniforme. Nei moti ellittici, parabolici o iperbolici non avviene.

Mi basta solo capire perchè all'equatore la reazione vincolare è minore per il semplice fatto che viaggiamo a 1600kmh, per quale ragione? anche il suolo viaggia a 1600kmh, perché la velocità dovrebbe far diminuire questo effetto? L'unica cosa che mi viene in mente è l'inerzia che contrasta l'azione vincolare innescata dalla gravità, ergo una forza centrifuga vera e propria.

Non posso darti torto: da un certo punto di vista (il sistema non inerziale) la forza centrifuga è esattamente l'inerzia: nel sistema rotante non la vedi per quello che è, cioè un'inerzia, ma per quello che appare, una forza centrifuga. L'inesattezza nel tuo discorso è solo che non contrasta l'azione vincolare, ma gli deve essere sommata; o meglio, per essere più precisi, è l'azione vincolare che equilibrerà in modo preciso la risultante tra forza [peso+centrifuga], in modo da non farci né volare né sprofondare nel terreno.

Ma invece è più bello ed elegante (e soprattutto più semplice per molti calcoli fisici) vedere la realtà con occhi inerziali, e vorrei provare a mostrartelo con questa reinterpretazione dell'effetto "dimagrimento all'equatore".

I nostri piedi calpestano il suolo con una forza F1, misurata dalla bilancia, che come abbiamo detto è minore del nostro peso. Una bilancia posta tra noi e il suolo misura in modo puro e semplice questa intensità, mediante l'accorciamento di una semplice molla (supposta con buona approssimazione priva di massa).

Poi una forza F2 (di intensità identica) ci spinge verso l'alto e impedisce il nostro sprofondamento nel terreno.

Questo dato di fatto si verifica solo invocando il terzo principio (F1=-F2) e a prescindere dalla velocità del suolo sotto di noi.

Se F2 + il nostro peso creano quella risultante centripeta che genera la nostra traiettoria di rotazione, non è affar nostro sapere quali forze agiscono sul suolo o a quale velocità esso si muova sotto i nostri piedi. L'unica cosa che conta veramente è sapere a quale velocità ruotiamo noi rispetto ad un sistema "fisso" (inerziale).

Faccio un esempio. Dopo essermi pesato al polo Nord, vado all'equatore e salgo su un treno che viaggia a 1600kmh in direzione opposta alla rotazione terrestre: la bilancia sul treno segnerà gli stessi chili che registravo al polo.

Sperando di aver chiarito un po' le idee, proviamo a toglierci un ulteriore sfizio, considerando cosa avviene al suolo mentre ci pesiamo da fermi all'Equatore.
Il suolo viaggia come noi a 1600kmh, ma è soggetto ad alcune forze radiali: la sua stessa forza peso + la forza di contatto con i nostri piedi (come abbiamo visto è minore del nostro peso) + la forza con cui gli strati sottostanti sorreggono quello strato di superficie terrestre. Quest'ultima forza ha certamente intensità minore delle prime due, perché una risultante centripeta non nulla di tutte le forze deve assicurare la continuità del moto rotatorio.

Riflettendoci bene, la rotazione produce un effetto domino esponenziale, per il quale gli strati più profondi (vicino all'asse di rotazione) devono "sorreggere meno" gli strati immediatamente superiori, e così via fino agli strati più superficiali. Ogni strato inferiore è dispensato dal dover compensare (="sorreggere", "annullare") tutta la forza peso del successivo strato: una piccola percentuale non deve essere compensata perché è necessaria a garantire il moto rotatorio.

È una probabile spiegazione dello schiacciamento ai Poli e della differenza di diametro tra Equatore e meridiani. Nulla vieta di vedere questi come effetti della "forza centrifuga", ma guai a confonderla con la reazione vincolare, che spesso ha la stessa direzione e lo stesso verso, ma si comporta in modo opposto perché, come abbiamo visto, una rotazione determina una diminuzione della reazione vincolare (mentre la forza centrifuga aumenta); e la differenza di comportamento si accentua sempre più allontanandosi dall'asse di rotazione.

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