Perché la terra si muove senza fermarsi. Quale energia produce questo? (Francesco)
Immaginiamo un giocatore di hockey su ghiaccio che colpisca un disco con la sua mazza, mettendolo in moto con una certa velocità. Il disco è liscio ed il ghiaccio è scivoloso quindi il disco ci scorre bene sopra (in maniera più precisa si dice che l’attrito tra il ghiaccio ed il disco è piccolo). La forza di attrito però, anche se piccola, non è zero e quindi dopo un certo tempo il disco si fermerà.
Se l’attrito fosse zero (cioè se la somma delle forze agenti sul disco fosse zero) il disco invece continuerebbe a scorrere sul ghiaccio con velocità costante in direzione, verso ed intensità.
Cioè il disco si muoverebbe lungo una retta sempre con la stessa velocità che gli era stata impressa dal giocatore all'inizio. Allora non ci dovremmo domandare perché il disco da hockey non si ferma
(non si ferma perché su di lui non agiscono forze) ma piuttosto, cosa ha fornito al disco quella velocità
iniziale che non è più cambiata? La risposta, quindi, nel caso del nostro disco da hockey (senza attrito) sarebbe: un giocatore ha colpito con la mazza il disco imprimendogli una certa velocità e dopo il moto del disco è continuato con la stessa velocità perché non c’è stata nessuna forza che gliel’ha fatta cambiare. La situazione della Terra è simile, anche se non uguale. Il Sole ed il sistema solare si sono formati da una stessa nube di gas e polveri interstellari che hanno iniziato a contrarre sotto l’azione della forza gravitazionale. Durante la formazione del sistema solare sulla Terra hanno agito forze che le hanno impresso il moto di rotazione attorno al suo asse e la sua velocità di rotazione attorno al Sole, svolgendo un lavoro simile a quello del giocare di hockey sul disco . Nello spazio l’attrito è bassissimo e quindi il moto della Terra è proseguito praticamente senza essere frenato. La situazione della Terra però non è uguale a quella del disco da hockey, perché su di essa agisce la forza gravitazionale del Sole (anche quella della Luna, che però non è importante per questo ragionamento). Infatti, se sulla Terra non agisse nessuna forza, la Terra si muoverebbe lungo una retta a velocità costante (come farebbe il disco da hockey senza attrito) e si allontanerebbe dal sistema solare. La forza gravitazionale del Sole invece fa sì che la Terra si mantenga sulla sua orbita (quasi circolare) attorno al Sole senza farle variare la sua velocità, quindi non le imprime energia aggiuntiva rispetto a quella che la Terra aveva all’inizio.
La velocità e l'orbita del Sole rimarranno sicuramente le stesse per almeno altri 5 miliardi di anni e mezzo circa, fino a che il Sole non esaurirà nelle regioni centrali l’idrogeno che sta bruciando in elio. Infatti l'energia prodotta tramite fusione nucleare di H in He mantiene il Sole in equilibrio, controbilanciando le perdite di energia dalla superficie dovute alla sua luminosità. Dopodiché il Sole sperimenterà altre fasi evolutive molto più veloci (qualche centinaio di milioni di anni) in cui, soprattutto nelle fasi finali, ci si attende una forte perdita di massa tramite venti stellari. A quel punto, cambiando la massa del Sole, varierà la forza di gravità esercitata sulla Terra e quindi anche le caratteristiche dell'orbita e la velocità orbitale della Terra. Il Sole non esploderà come le masse più grandi (masse maggiori di circa 10 masse solari) ma spegnerà le sue reazioni nucleari rimanendo un corpo molto denso (composto principalmente da C ed O ottenuto dalla fusione dell'elio) mantenuto in equilibrio dalla pressione esercitata dalla sua materia densa (pressione dovuta agli elettroni degeneri).
Scilla Degl'Innocenti, fisica
ultimo aggiornamento maggio 2020