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.
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
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:
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:
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