La mano destra è così "forte" da toccare la sinistra?

Iniziamo questa mini-lezione sulle forze con una domanda che, a detta di molti, potrebbe sembrare abbastanza retorica. Ma è ovvio, diremo, che riusciamo a toccare la mano sinistra con la destra! Bé, io non ne sarei poi così tanto sicuro, ma neanche voglio negare l'evidenza sperimentale. E' evidente che l'enigma si risolve mettendoci d'accordo su ciò che si intende per "toccare". Durante una fusione nucleare, per esempio nel Sole, due atomi di deuterio (isotopo dell'idrogeno che possiede un neutrone, oltre al risaputo protone), per formare un atomo di elio, hanno bisogno di avvicinarsi così tanto da toccarsi. Allora mi chiedo, siamo sicuri che questo processo richieda così poca "energia", tanta quanta ne richiede la mano destra per toccare la sinistra? E' evidente che la risposta non può che essere negativa!

Bene, quando parlo di contatto intendo proprio questo: l'avvicinare due atomi così tanto da riuscire a fonderli. Con questa nuova chiave di lettura possiamo affermare, senza ulteriori indugi, che le nostre mani non si potranno mai toccare, altrimenti saremmo delle belle bombe nucleari vaganti (il che non è affatto bello).

Cerchiamo ora di dare una solida base scientifica a queste affermazioni, così da non poter certo dire di negare l'evidenza sperimentale.

Intanto diciamo cos'è una forza. Chi è appassionato di storia sa benissimo che essa si presenta come un continuo susseguirsi di cause ed effetti. Ebbene sì, la storia e la fisica, almeno da questo punto di vista, hanno veramente tanto in comune.

Già nell'antichità un tale Aristotele affermava: omne quod movetur, ab alio movetur, che possiamo tradurre come ogni cosa che si muove, è mossa da altro; qui è ben evidente il legame tra causa (ciò che muove) ed effetto (ciò che è mosso). Dobbiamo sapere che agli scienziati, oltre a tante altre cose, piace anche dare il nome alle cose (infondo ogni scienziato può, a buona ragione, considerarsi un "creatore"); e così questa causa prende il nome di "forza". Le forze sono quindi le cause del moto o, per dirla meglio,  causano la variazione dello "stato di moto". Ma se per moto consideriamo veramente tutto ciò che si muove, le forze sono le cause di ogni qualsiasi modificazione dello stato di un corpo, così da comprendere anche le deformazioni, oltre che il puro e semplice moto macroscopico.

A questo punto, solo per semplicità, possiamo individuare due effetti distinti causati dalle forze: l'effetto statico e l'effetto dinamico. Diciamo che il primo si ha quando la forza è responsabile del la deformazione strutturale di un corpo, mentre il secondo si ha se la forza è causa di una variazione dello stato di moto di un corpo. Continuando su questa falsariga possiamo poi identificare due tipi di interazioni tra forze e corpi: le interazioni di contatto e le interazioni a distanza. Le prime si riferiscono alle forze che possono  modificare lo stato generale di un corpo solo se sono a contatto diretto con esso, mentre le seconde si verificano in presenza di azioni a distanza (senza il bisogno che ci sia alcun contatto), come avviene, ad esempio, con la forza magnetica, la forza elettrostatica e con la forza di gravità, forse la più evidente.

Ogni forza ha una sua intensità: in base a quest'ultima possiamo collocare tutte le forze della natura in tre grandi classi, in ordine crescente di intensità. La prima, alla quale appartengono le forze considerate più deboli, è quella delle forze di natura gravitazionale; a questa classe appartengono, per esempio, tutte le forse che riusciamo a sviluppare coi nostri muscoli (quindi anche quella che ci consente di avvicinare le nostre mani). Poi c'è una classe di forze più intense delle prime: è la classe delle forze elettriche. Queste sono le forze responsabili dei legami chimici, delle strutture molecolari, ed è la forza che permette agli elettroni di orbitare attorno ai nuclei degli atomi. In questa speciale classifica, ci sono forze molto più intense delle precedenti e che si collocano in una nuova classe, detta delle forze nucleari. Queste forze sono talmente intense che riescono a tenere insieme e vicini i protoni all'interno dei nuclei, nonostante la forza di repulsione della quale risentono a causa della presenza dello stesso segno di carica portata dagli stessi. Ma quest'ultima non ha effetto in quanto le forze nucleari sono di molto più intense.

Torniamo ora alla domanda di partenza. Ora sappiamo che le nostre mani si toccheranno se saremo riusciti ad avvicinare, facendoli toccare, i nuclei degli atomi superficiali della pelle di entrambe le mani. Ma sappiamo pure che per far questo dovremmo sviluppare una forza di tipo nucleare, e ciò non è possibile visto che le forze che noi riusciamo a sviluppare sono collocate, per intensità, nella prima classe, cioè tra quelle gravitazionali. Allora diciamo che il nostro "sentirci toccare" altro non è che una sensazione (il problema, infatti, non si pone per chi è insensibile al tatto), o se vogliamo, un qualcosa che si ferma a livello molecolare; non possiamo certamente parlare di "toccare" in senso stretto, ma concediamocelo in senso lato, giusto per non sconvolgerci troppo le idee.

Valerio Curcio

12/10/2007

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