CAMPI IN GENERALE

Gilbert descrisse gli effetti prodotti da una calamita dicendo che essa è circondata da una «sfera di influenza». Con ciò egli intendeva dire che qualsiasi altro corpo magnetico che penetri dentro questa sfera di influenza verrà attratto e l'intensità della forza di attrazione sarà più grande nei punti più vicini alla calamita. Con linguaggio moderno diremmo che la calamita è circondata da un campo magnetico.

Poiché la parola campo è usata con molti significati, discuteremo prima alcuni degli esempi più noti, tratti dall'esperienza comune, per sviluppare poi gradualmente il concetto di campo da un punto di vista fisico, così come è usato nella scienza. Questo è un utile esercizio che ci ricorda come molti termini usati in fisica siano degli adattamenti, con qualche importante cambiamento, di parole usate comunemente. Altri esempi, già incontrati in questo corso, sono forniti dai termini velocità, accelerazione, forza, energia e lavoro.

Un uso comune del concetto di campo è illustrato dall'espressione «campo da gioco» usata in diverse competizioni sportive. Il campo di calcio, ad esempio, è il luogo in cui le squadre competono secondo delle regole che valgono nell'area del campo da gioco. In questo caso la parola campo viene usata con il significato di regione di interazione.

Nella politica internazionale si parla di sfere o campi di influenza. Un campo di influenza politica è anche una regione di interazione, ma a differenza dei campo da gioco, essa non ha una linea di confine precisa. Una nazione ha normalmente maggiore influenza su alcuni paesi e minore su altri. Quindi dal punto di vista politico, il concetto di «campo» implica anche una quantità di influenza, che varia a seconda delle zone. Inoltre, il campo ha una sorgente: la nazione che esercita l'influenza politica. In questo caso, come vedremo in seguito, al concetto di campo si dà un significato molto simile a quello usato in fisica, ma con un'importante differenza: per definire un campo, da un punto di vista fisico, dev'essere possibile assegnare in ogni suo punto un valore numerico alla sua intensità. Questa particolarità del concetto di campo si chiarirà meglio discutendo alcuni casi che sono più direttamente legati allo studio della fisica e che esamineremo dapprima con il linguaggio di tutti i giorni e poi con una terminologia scientifica.

 

Situazione

 a) E’ notte e state camminando sul marciapiede avvicinandovi ad un  lampione.

 

 b)Vi trovate su un marciapiede strada suonando il clacson.

  c)In una calda giornata estiva camminate a piedi nudi su un marciapiede spostandovi dal sole all'ombra.

Descrizione delle vostre sensazioni

«L'intensità della luce aumenta.»

 

 «II suono diventa dapprima più mentre un'automobile passa nella intenso e poi diventa più debole.»

« Il marciapiede è più fresco all'ombra che al sole. » 

 

Possiamo esprimere queste esperienze in termini di campo:

(a) Il lampione stradale è circondato da un campo luminoso. Man mano che vi avvicinate al lampione, aumenta l'intensità del campo luminoso, come potete osservare con i vostri occhi o con uno strumento che misuri l'intensità luminosa. Ad ogni punto attorno al lampione, possiamo associare un numero che ne rappresenta l'intensità luminosa.

(b) La tromba dell'automobile genera un campo sonoro. In questo caso voi state fermi nel vostro sistema di riferimento (il marciapiede) e percepite le onde sonore con un'intensità che dipende dalla distanza che vi separa dalla sorgente che le emette. Per semplicità possiamo supporre che l'intensità del suono emesso dalla tromba sia costante, ma voi lo percepite più intenso o più debole a seconda che l'automobile si stia avvicinando o allontanando. Pur essendo fermi nello stesso punto del marciapiede, la vostra distanza dalla sorgente cambia e perciò state, in realtà, esplorando una parte del campo sonoro. In ogni istante potete quindi assegnare per ognuno dei punti esplorati un numero che rappresenta l'intensità del campo.

(c) In questo caso voi state camminando in un campo di temperature che è più intenso dove il marciapiede è al sole e più debole all'ombra. Nuovamente, possiamo assegnare un numero a ogni punto per indicarne la temperatura.

 

Osservate che nei primi due esempi ciascun campo è prodotto da una singola sorgente.

Nel caso

  • (a) la sorgente è un lampione fermo nella strada, in

  • (b) la sorgente è una tromba in movimento. In entrambi i casi l'intensità dei campo aumenta quando la distanza tra voi e la sorgente diminuisce.

  • Nel terzo caso il campo è prodotto da una complicata combinazione di cause differenti: il sole, le nubi, l'ombra proiettata dagli edifici vicini, e altri fattori; ma la descrizione del campo è semplice come nel caso in cui esso è prodotto da una sola sorgente: si può associare un valore numerico a ciascun punto del campo.

Finora abbiamo preso in esame solo semplici campi scalari, nei quali non è necessario conoscere la direzione per stabilire il valore dell'intensità del campo in ciascun punto. 

CAMPO DI PRESSIONI AL SUOLO

Consideriamo una porzione di spazio al cui interno possiamo determinare punto per punto e istante per istante la velocità del vento: c'è una differenza importante questo e gli altri campi sovraenunciati:

  1. il campo delle pressioni dell'aria è un campo scalare,

  2. quello delle velocità dei vento è un campo vettoriale.

Per ogni punto del campo delle pressioni è sufficiente assegnare solo un numero, cioè una quantità scalare che indica l'intensità del campo. Invece, per il campo delle velocità è necessario assegnare in ogni punto sia un numero sia una direzione, cioè un vettore.  

Il termine «campo» viene usato attualmente dai fisici con tre differenti significati:

  • (1) indica l'intensità di campo in un punto dello spazio,

  • (2) è l'insieme di tutti i valori dell'intensità di campo,

  • (3) è la regione dello spazio in cui il campo è definito.