le onde gravitazionali

Queste pagine provengono dalla tesina del mio esame di maturità, riguardante questa strana cosa che sono le onde gravitazionali. Se sei curioso, ti assicuro che l'argomento è trattato in maniera semplice, quindi non ti spaventare! Si parte con una breve introduzione,  per passare al confronto tra onde gravitazionali ed onde elettromagnetiche; in seguito spiego i meccanismi di  formazione e propagazione ed elenco le possibili sorgenti; una digressione storica narra della prima conferma della teoria, mentre la conclusione riassume i risultati della storia della ricerca e le realizzazioni ed i progetti  italiani.

formazione e propagazione di OG

Il meccanismo secondo il quale vengono a formarsi le onde gravitazionali in un punto dello spazio è dovuto a ciò che viene definito ritardo temporale: due masse esercitano tra di loro una forza attrattiva inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza: questa forza, come tutto ciò che agisce nello spazio, non può propagarsi con velocità maggiore di quella della luce. L’onda gravitazionale è proprio il meccanismo attraverso cui il campo gravitazionale si propaga nello spazio.

Un campo gravitazionale si propaga nello spazio in senso radiale, mentre le distorsioni che esso provoca localmente sono perpendicolari alla sua direzione di propagazione. A partire dagli inizi del novecento sono state formulate diverse teorie per determinare la meccanica di queste distorsioni. La teoria della gravitazione di Einstein era di tipo tensoriale: essa prevedeva onde a carattere quadrupolare, e richiedeva, per descrivere il campo gravitazionale in un punto dello spazio, un insieme di dieci valori, chiamati potenziali gravitazionali. La teoria scalare, invece, richiedeva un solo valore per ogni punto dello spazio, indipendente dal sistema di riferimento dell’osservatore. Altre teorie prevedevano delle modifiche alla teoria di Einstein, con una mescolanza di forze scalari e tensoriali. A tutt’oggi il modello teorico più accreditato è quello sviluppato da Einstein, a struttura strettamente tensoriale.

In base a questo modello si pensa che la quantità di radiazione gravitazionale emessa da un corpo dipenda dal grado di disomogeneità nella distribuzione della sua massa (in termini di deviazione del corpo dalla simmetria sferica); la grandezza fisica che misura questa disomogeneità è il momento di quadrupolo. Quando il momento di quadrupolo di un corpo di grande massa subisce variazioni molto rapide viene emesso un gran numero di onde gravitazionali, di intensità e quantità proporzionali alla velocità delle variazioni. La cosa più importante è che la sorgente deve muoversi con rapidità in modo tale da accentuare la sua componente non sferica; per esempio, una stella ovale che ruoti intorno all’asse maggiore non produce onde gravitazionali, ma se ruota intorno all’asse minore diventa un’intensa emittente.

Per capire il tipo di interazione del campo gravitazionale con l’ambiente, supponiamo (figura 1) che l’onda attraversi perpendicolarmente un piano su cui siano disposte delle masse ugualmente distanziate: come mostrato in figura 2, l’onda, nel suo passaggio, provoca l’aumento della distanza fra le masse in una direzione e contemporaneamente la diminuzione della loro distanza nella direzione perpendicolare alla prima: questa variazione di distanza si può definire come l’ampiezza della deformazione prodotta dall’onda. Dopo il passaggio dell’onda, gli stiramenti e le compressioni si invertono periodicamente fino a smorzarsi.



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