I princìpi della dinamica e la relatività galileiana
Il terzo principio della dinamica
Una verifica sperimentale delle leggi della dinamica: la sonda Voyager 2
La sonda Voyager 2 fu lanciata da Cape Canaveral alle 14:29:00 (tempo universale UTC) di sabato 20 agosto 1977.
Circa due anni dopo, il 9 luglio 1979 alle 22:29:51 UTC, la sonda raggiunse la minima distanza da Giove. Il tutto era stato progettato affinché l’intensa gravità di Giove deviasse la traiettoria della sonda verso Saturno; inoltre, nel passaggio vicino a Giove la sonda ricevette una «spinta» gravitazionale (effetto fionda) che ne aumentò la velocità in modo che potesse arrivare più rapidamente a Saturno.
Così Voyager 2 giunse alla minima distanza da Saturno il 26 agosto 1981 alle 03:24:57 UTC, di lì venne accelerata verso Urano, dove giunse (alla minima distanza) il 24 gennaio 1986 alle 17:59:47 UTC e, infine, da Urano venne indirizzato di nuovo verso Nettuno, che la sonda sorvolò alla minima distanza il 25 agosto 1989 alle 03:56:36 UTC.
La figura 12 mostra la complessa traiettoria seguita dalla sonda nel sistema di riferimento IRC. Sono indicati gli orientamenti dei tre assi del sistema di riferimento IRC. L’origine degli assi si trovava, come detto nel paragrafo 2, nella posizione in cui si trovava il baricentro del Sistema Solare alle ore 12:00:00 UTC del primo gennaio 2000.
Dopo avere raccolto e trasmesso a Terra una quantità enorme di informazioni e dopo avere reso possibile una serie di scoperte, ora la sonda Voyager 2 si sta allontanando dal Sole alla velocità di 15,478 km/s.
L’enorme successo della sonda Voyager 2 è dovuto al grande accordo tra le previsioni degli scienziati e la traiettoria seguita dalla sonda. I princìpi della dinamica sono stati utilizzati per prevedere le orbite dei pianeti e dei loro satelliti e per controllare il comportamento della sonda.
Le spinte del razzo di partenza e quelle dei piccoli razzi di navigazione (la sonda ne ha sedici) sono stati calibrati in modo che le accelerazioni subite dalla sonda fossero esattamente quelle che servivano per mantenerla sulla traiettoria calcolata.
Lo stesso è vero per tutte le sonde analoghe (per esempio la sonda gemella Voyager 1 lanciata il 5 settembre 1977, la sonda Cassini lanciata il 15 ottobre 1997, la sonda New Horizons lanciata il 19 gennaio 2006).
In tutti i casi il successo di queste missioni è una conferma della validità dei princìpi della dinamica esposti in questo capitolo e riassunti nella tabella seguente.
Bisogna notare che, mentre il primo e il secondo principio della dinamica valgono soltanto nei sistemi di riferimento inerziali, il terzo principio è valido in qualunque sistema di riferimento.
approfondimento
Il tempo coordinato universale UTC è uno standard di tempo mantenuto da orologi atomici ed è riferito all’orario solare sul meridiano di Greenwich.
Figura 12
Per disegnare questa figura la traiettoria della sonda Voyager II è stata calcolata al centro ESTEC dell’European Space Agency (ESA).
| Principio | Nome | Formula | In parole |
| Primo | Principio di inerzia | \( {{\vec{{ v}}}} \) = costante se \( {{\vec{{ F}}}}\;=\;{{ 0}} \) | In un sistema di riferimento inerziale, un punto materiale isolato, cioè soggetto a una forza totale nulla, si muove di moto rettilineo uniforme. |
| Secondo | Legge fondamentale della Dinamica | \( {{\vec{{ F}}}}\;=\;{{ m}}{{\vec{{ a}}}} \) | In un sistema di riferimento inerziale, a ogni istante la forza risultante applicata a un punto materiale è uguale alla sua massa inerziale moltiplicata per l’accelerazione impressa dalla forza. |
| Terzo | Principio di azione e reazione | \( {{{\vec{{ F}}}}}_{A \to B}{ {=}}{ {-}}{{{\vec{{ F}}}}}_{B \to A} \) | In qualsiasi sistema di riferimento, se un corpo A esercita una forza su un corpo B, il corpo B esercita sul corpo A una forza uguale e contraria. |
