La piuma e il martello.

Il racconto di un piccolo esperimento condotto sulla Luna da David Scott, astronauta dell'Apollo 15, sulla natura della gravità compresa già da Galileo Galilei.

David Scott sulla Luna con la piuma e il martello. Missione Apollo 15, 1971

Perché gli oggetti cadono tutti a terra? Cos’è quella forza misteriosa che li fa andare giù, che ci tiene tutti incollati alla superficie del pianeta?

La natura della #gravità è stata per secoli un mistero che molti hanno cercato di svelare, con grandi sforzi e spesso senza successo. Il primo passo vincente lo ha fatto #Galileo Galilei grazie ai suoi esperimenti (forse mai realizzati davvero) effettuati dalla torre di Pisa. #Galileo si era accorto che se si lasciano cadere nello stesso istante due corpi di diversa massa, questi arrivano a toccare il suolo "quasi" stesso istante. Pare che #Galileo abbia lasciato cadere da una torre (non necessariamente quella di Pisa) una palla di cannone e una palla di moschetto, osservando che esse toccano terra circa nello stesso momento. La piccola differenza di tempo osservata poteva essere imputabile alla presenza dell'aria; tolta l'aria, i tempi di caduta dei due corpi sarebbero stati esattamente identici (è all'effetto dovuto alla presenza dell'aria che ci riferiamo con quel "quasi" scritto in precedenza). Scrive a questo proposito #Galileo nei Discorsi attorno a due nuove scienze: "Parmi che ben potremo con molto probabil coniettura creder che nel vacuo sarebbero le velocità loro del tutto eguali."

“Per via della gravità, tutti i corpi accelerano allo stesso modo, indipendentemente dalla loro massa”

In effetti le cose stanno proprio nel modo in cui ce le ha presentate #Galileo. Le leggi della gravità vi dicono che se andate sul tetto di casa vostra e lasciate cadere contemporaneamente una mela e un‘anguria, vedrete i due corpi accelerare verso il basso nello stesso modo. Questo vuol dire che, istante per istante, i due frutti saranno sempre uno a fianco dell’altro, toccheranno il suolo nello stesso momento e con la stessa identica velocità. Non è dunque vero che l’oggetto più pesante arriva prima e quello più leggero arriva dopo: arrivano assieme perché la massa è del tutto ininfluente.

Ora, se non conoscete questo principio, la prima cosa che vi è venuta in mente è "ma non è vero!": è evidente che gli oggetti più leggeri impiegano più tempo di quelli pesanti a cadere, è un'evidenza sperimentale che sta sotto gli occhi di tutti; come è possibile affermare qualcosa di diverso? È possibile e se non siete convinti è solo per il fatto che non state osservando la realtà nel modo corretto. Fate questo esperimento: lasciate cadere contemporaneamente una mela e un foglio di carta. Cosa osservate? Che la mela cade verticalmente per terra e arriva prima del foglio di carta che invece, pur cadendo anch'esso, ondeggia più e più volte raggiungendo il pavimento in un tempo decisamente più grande. Conclusione? Gli oggetti più leggeri accelerano meno di quelli più pesanti. E invece no. Esperimento numero 2: lasciate cadere nello stesso momento la mela di prima e il foglio di carta che ora però avete appallottolato. Quello che osservate adesso è che i due oggetti si muovono in perfetta sincronia rimanendo sempre appaiati in ogni momento della loro caduta. E questo perché? Perché ora che lo avete appallottolato il foglio di carta è forse divenuto più pesante? No di certo: il foglio ha sempre la stessa massa di prima. Quello che è cambiato è la forma che il foglio ha assunto e il modo in cui il foglio ha interagito con l'aria durante la discesa a terra. Dunque abbiamo capito che ciò che fa ondeggiare il foglio di carta piatto e lo rallenta non è la gravità più debole ma piuttosto la presenza dell'aria che si oppone al moto degli oggetti e che è in grado di opporsi maggiormente su corpi leggeri che hanno una particolare forma, poco aerodinamica e quindi poco capace di fenderla riducendone la resistenza. Il foglio di carta disteso va incontro ad un'alta resistenza dell'aria e per questo rallenta nella sua caduta più di quanto non faccia la mela dalla forma più compatta.

Eliminate l'aria e anche il foglio di carta piatto cadrà a terra con la stessa identica accelerazione della mela e senza ondeggiare. Questa è la vera natura del comportamento della forza di gravità.

“David Scott replicò sulla Luna lo stesso esperimento di Galileo Galilei ma in assenza di aria”

E veniamo quindi all'esperimento ritratto nella foto posta in alto a questo articolo.

Era il 30 luglio del 1971 quando l'equipaggio dell'#Apollo15 effettuò l'allunaggio. Uno dei suoi membri, l'astronauta David #Scott, volle dedicare qualche minuto della sua incredibile esperienza extraterrestre per verificare proprio il comportamento della forza di gravità che vi ho illustrato prima. Come si vede nella foto in alto, #Scott regge nella sua mano destra un martello e nella sua mano sinistra una grossa piuma. A questo link trovate il brevissimo video registrato in quell'occasione; la qualità non è buona ma si capisce comunque quello che accade. Dopo una breve descrizione a voce da parte dello stesso #Scott, durante la quale si fa un chiaro riferimento a #Galileo, l'inquadratura della telecamera si allarga e #Scott lascia cadere i due oggetti dalla stessa altezza e nello stesso istante e... i due oggetti cadono assieme toccando il suolo lunare nello stesso identico istante! Fa uno strano effetto vedere la piuma cadere perfettamente in verticale perché è qualcosa che va contro la nostra esperienza quotidiana ma, ripeto, lo strano moto oscillatorio che la piuma compie nella sua caduta in aria è dovuta alla presenza dell'aria stessa. Sulla Luna dove non c'è alcun tipo di atmosfera, il bizzarro movimento oscillante della piuma non ha alcun motivo di esistere. Questo semplicissimo esperimento lunare mette dunque a nudo la vera natura della forza gravitazionale, eliminando gli effetti aggiuntivi che vi si sovrappongono celandola ai nostri occhi e spingendoci a conclusioni non corrispondenti al vero.

Non siete ancora convinti? E allora vi segnalo questo bellissimo video di YouTube che vi lascerà a bocca aperta. Si tratta di un'esperimento identico nel principio a quello eseguito da David #Scott nel 1971 ma effettuato sulla Terra in un'enorme stanza in cui è possibile aspirare tutta l'aria presente e creare il vuoto. Il risultato? Quando vengono lasciate cadere una palla da bowling e un gruppo di grandi e morbide piume bianche, si osservano le piume cadere verticalmente con la stessa identica accelerazione della palla da bowling!

Guardatelo perché è davvero affascinante.

L'aspetto più interessante ed istruttivo di tutto questo è uno dei punti chiave del pensiero scientifico. L'osservazione dei fenomeni naturali è la prima mossa per comprenderne le leggi che li regolano ma bisogna stare attenti a non soffermarsi alla mera superficie delle cose per come ci appaiono; è necessario scavare, ripulire i fenomeni da tutti gli effetti che si sommano a ciò che stiamo cercando di capire, scansare i veli che ci offuscano la vista e spingere lo sguardo oltre. Spesso non è facile ma è solo seguendo questa strada che si può far progredire il pensiero scientifico.