Se lanciamo un qualsiasi oggetto verso l’alto, che sia un semplice sasso o un proiettile sparato da una pistola, questi prima o poi ricadrà a terra. Il motivo è semplice, la Terra come qualsiasi oggetto dell’universo che possieda una massa sviluppa un campo gravitazionale che esercita una forza di gravità su tutti gli oggetti posti nelle sue vicinanze (uomini, satelliti artificiali, la Luna, addirittura le radiazioni elettromagnetiche).
L’intensità di questa forza gravitazionale dipende dalla grandezza della massa considerata e dalla sua capacità di “curvare” lo spaziotempo, ad esempio la Terra e dalla distanza dell’oggetto su cui si esercita rispetto al centro del pianeta. In realtà la forza gravitazionale è presente sempre tra due oggetti dotati anche di una minima massa, solamente che per corpi più piccoli di qualche centinaio di km di diametro è del tutto trascurabile. Basti pensare che la forza di gravità tra due protoni è circa 1039 volte più debole della repulsione elettrica che le due cariche sentono come conseguenza dell’avere lo stesso segno.
Anche i nostri corpi esercitano una forza gravitazionale, soltanto che l’intensità tra due persone è talmente piccola da risultare irrilevante. Quindi inutile sperare di avvicinarci ad una bella donna sperando che essa ci cada tra le braccia per effetto della forza gravitazionale che esercita il nostro corpo. Inoltre questa forza infinitesima è sovrastata enormemente dalla ben più forte attrazione gravitazionale esercitata dalla Terra, che ha una massa migliaia di migliaia di miliardi di volte maggiore di un essere umano.
Dal punto di vista matematico possiamo calcolare l’intensità della forza gravitazionale tra due oggetti qualsiasi di forma sferica o puntiforme applicando la seguente formula F=(Gm1m2)/r2, dove G è una costante della natura, detta costante gravitazionale, definita per la prima volta dal fisico Cavendish.
Possiamo definire il campo gravitazionale della Terra come un’entità che non dipende dalla presenza di un secondo corpo, semplicemente dividendo la relazione precedente per la massa del corpo stesso, quindi: g=(GMT )/ r2. Il valore in uscita da questa formula ha le dimensioni di un’accelerazione e in effetti g è chiamata accelerazione di gravità, una quantità identica per ogni corpo che si trova sulla superficie della Terra e che quindi descrive esclusivamente il campo gravitazionale della Terra.
Ma come sappiamo c’è un modo per sfuggire alle grinfie del campo gravitazionale terrestre. SI tratta di un principio alla base di tutta l’esplorazione spaziale dell’umanità. Si tratta di “lanciare” un oggetto con una velocità particolare, definita come velocità di fuga. La velocità di fuga è definita come la velocità minima necessaria ad un oggetto per sottrarsi al campo gravitazionale di un corpo, nel nostro esempio specifico la Terra. In realtà una definizione più precisa afferma che la velocità di fuga corrisponde alla velocità necessaria a un corpo qualsiasi per raggiungere una distanza infinita con una velocità nulla. Questa definizione è leggermente diversa dalla precedente e tiene conto del fatto che il campo gravitazionale di ogni corpo celeste si annulla solamente a distanze molto grandi. La formula che ci permette di calcolare la velocità di fuga è la seguente: vf = √(2GMT/r), dove G è la costante di gravitazione universale, r la distanza dal centro del corpo celeste (nel nostro caso la Terra) e MT la massa della Terra. Come possiamo vedere, la velocità di fuga non dipende dalla massa del corpo che si lancia, quindi è la stessa se dobbiamo lanciare un sassolino o un astronave.
La velocità di fuga della Terra, quella che per esempio devono raggiungere le sonde spaziali lanciate all’esplorazione del Sistema Solare è pari a circa circa 11 km/s, un valore piuttosto elevato se non lo paragoniamo alla velocità di fuga di Giove, il gigante gassoso che domina il Sistema Solare. Qui per abbandonare la superficie di questo enorme pianeta occorre raggiungere la velocità di 59,5 km al secondo!
