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I modelli geocentrici

Il problema di Platone:

Intorno al IV secolo a.C. la filosofia greca -e in particolar modo quella di Platone- si impegnò a definire gli elementi del cosmo, e si pose l’obiettivo di spiegare il moto dei corpi celesti.
I punti della teoria platonica sono noti come "il problema di Platone":
• L’universo è sferico perché la sfera è la forma geometrica per eccellenza;
• I moti di tutti i compi celesti sono circolari e uniformi come quelli delle stelle;
• Il moto dei pianeti, che apparentemente è irregolare, è una composizione di moti circolari uniformi;
• La Terra è una piccola sfera posta nel centro geometrico dell’universo, che a sua volta è una sfera più grande. Sulla sfera esterna ruotano le stelle, mentre il sole e i pianeti si muovono tra le due sfere (sistema a due sfere).

L’universo a due sfere rappresentava il primo modello di universo che fosse in grado di dare una spiegazione unitaria alle diverse osservazioni fatte sui corpi celesti. Spiegava il moto delle stelle, la notte, le diverse visuali da punti diversi della Terra, il moto complesso del sole e il succedersi delle stagioni. Tuttavia non spiegava niente sul moto e le orbite dei pianeti.

Il modello di Eudosso:

Eudosso fu un allievo di Platone, e formulò il primo modello geocentrico completo. Secondo tale modello, la Terra era al centro dell’universo e i pianeti di muovevano di moto circolare uniforme. Ogni pianeta era posto su di una sfera di sfere concentriche collegate tra loro e ruotanti su assi diversi.

L’universo Aristotelico:

Per Aristotele l’universo era costituito da cinquantacinque sfere cristalline concentriche alla Terra, formate da Etere, elemento cristallino e incorruttibile. I movimenti delle sfere fisiche davano luogo ai movimenti apparenti dei pianeti. La sfera delle stelle fisse (la più esterna) ruotando trascinava con sè la sfera a lei più vicina fino ad arrivare alla sfera più vicina alla terra: la sfera della Luna. Il modello Aristotelico è stato accettato per oltre 2000 anni perché Aristotele aveva formulato spiegazioni convincenti sulla sfericità, sulla stabilità e sulla quiete della Terra al centro dell’universo. Inoltre sosteneva che la Terra non ruotasse, perché altrimenti i corpi non fissati ad essa sarebbero rimasti indietro verso ovest.

Il modello Tolemaico:

Tolomeo perfezionò il modello astronomico basato sull’epiciclo, un piccolo cerchio che ruota con velocità uniforme rispetto ad un punto C, ruotante a sua volta su un secondo cerchio detto "deferente". Regolando opportunamente la velocità tra epiciclo e deferente si spiegava il moto retrogrado dei pianeti. Tuttavia si trattava sempre di un modello cosmologico con ampio margine di errore.

I modelli eliocentrici:

Fin dal V secolo a.C. vi furono filosofi Greci che illustrarono modelli cosmologici in cui non era la Terra al centro dell’universo, ma essa era solamente un pianeta come tutti gli altri.
Questi modelli, vicini a quello moderno, non ebbero successo perché erano in contrasto con la tradizione dell’epoca e inoltre non riuscirono a trovare dati sufficienti per il sostegno della loro teoria. Come se questo non bastasse, l’esperienza umana contraddice il movimento della Terra; infatti noi non sentiamo nessuna forza che ci spinge all’esterno, né gli oggetti non fissi a terra sembrano muoversi.

Il modello Copernicano:

Nel XVI secolo, Copernico riprese il modello eliocentrico. Nel suo modello la Terra, insieme a tutti gli altri pianeti, ruota intorno al sole, che è al centro dell’universo; i pianeti si muovono a velocità costante (in modulo), le loro orbite sono circolari e, come nel modello aristotelico, i pianeti vengono trascinati da sfere.
Nel modello copernicano la Terra svolge due movimenti fondamentali:
• ruota su se stessa in 24 ore in direzione est. I moto notturni della luna e delle stelle sono moti apparenti dati dalla rotazione della Terra.

• compie in un anno una rotazione completa attorno il sole da ovest a est. Il moto apparente del sole di 1 grado al giorno verso est è quindi conseguenza del moto della Terra.

Tuttavia il moto di rivoluzione della Terra ebbe molti problemi ad essere spiegato ed accettato. Infatti se la Terra si muove nello spazio, la posizione delle stelle, osservate a distanza di 6 mesi, dovrebbe essere invece leggermente diversa, per il cosiddetto "effetto di parallasse".

Spiegazione del moto retrogrado dei pianeti:
È equivalente alla spiegazione fornita dal modello tolemaico, ma considera solamente i "deferenti".
Il moto retrogrado dei pianeti è un moto apparente generato dal moto contiguo della terra e dei pianeti.

La misura dei periodi di rivoluzione e dei raggi delle orbite dei pianeti:
Confrontando i dati astronomici raccolti nel corso dei secoli e confrontando i raggi delle orbite degli altri pianeti con quello dell’orbita terrestre, Copernico calcolò i raggi delle varie orbite e i loro periodi di rivoluzione intorno al sole con estrema precisione.

Tycho Brahe:

Tycho Brahe fu il più grande astronomo della seconda metà del cinquecento. A lui si devono i progressi fondamentali nelle tecniche di osservazione astronomica, nella progettazione e nell’uso di nuovi strumenti.

Keplero:

Keplero fu il successore di Tycho Brahe. Si soffermò soprattutto sulle osservazioni di Brahe sulle orbite dei pianeti, per lui irregolari.

Da queste osservazioni deriva la prima legge di Keplero: le orbite dei pianeti sono ellissi in cui il sole occupa uno dei due fuochi. Il punto dell’orbita più vicino al sole si chiama "perielio", mentre quello più lontano si chiama "afelio".
Le seconda legge di Keplero afferma invece che le velocità orbitali dei pianeti non sono costanti, ma seguono una legge per cui il raggio che congiunge il pianeta al sole percorre aree uguali in tempi uguali.
Le terza legge di Keplero dice infine che il rapporto tra il quadrato del periodo di rivoluzione di un pianeta e il cubo del semiasse maggiore dell’orbita è costante.

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