Una fionda gravitazionale

Sicuramente piacerebbe a Bart Simpson ma, purtroppo per lui, non credo sia un qualcosa di utilizzabile in maniera agevole. Dopotutto la fionda è un oggetto davvero affascinante di per sé.
Figurarsi una fionda gravitazionale.
Il mio primo approccio con questo meccanismo è stato guardando, da piccolo, il film Armageddon. Ve lo ricordate? Un asteroide stava colpendo la Terra e la soluzione era piazzare una testatona nucleare nel sassone e fare bum! Ovviamente per una missione del genere si poteva chiamare solo Bruce Willis, che infatti alla fine fa tutto da solo (più o meno). Comunque la Terra viene salvata ovviamente. Ma non solo grazie a Bruce Willis e alle testate nucleari. Anche grazie all’effetto fionda gravitazionale che permette allo Shuttle della NASA di guadagnare velocità (leggi: accelerare/frenare) e andare diritto (si fa per dire) verso l’asteroide.
Va bene, ora la smetto con il momento amarcord e provo a spiegare di cosa si tratta.
Ma prima, per cominciare bene, una bella immagine:

Quella che vedete qui sopra è la traiettoria fatta dalla sonda Cassini, la quale ha raggiunto Saturno nel 2004. Ben dopo 7 anni dal lancio.
Come vedete quando un satellite/navicella/razzo/quellocheè viene lanciato non è che si muova propriamente di moto rettilineo. Nel caso di Cassini, la sonda ha fatto prima qualche giretto nell’interno del sistema solare e poi si è lanciata verso l’esterno.
Non che fosse alla ricerca di un mercatino di Natale ma piuttosto le passeggiate nei pressi di Venere sono giustificate proprio per guadagnare velocità grazie all’effetto fionda.
Ecco, con questo volevo dirvi che si tratta non solo di qualcosa che avete visto al cinema ma, anche e soprattutto, di qualcosa di realmente utile e importante. Importantissimo.
E ora che finalmente sappiamo di che si tratta che ne dite se proviamo a scavare leggermente in profondità e vedere come funziona? Beh, ci proviamo dai!

Ma come caspita fa una sonda a guadagnare velocità da un pianeta?
Facile, proprio come una pallina farebbe grazie ad un treno!
No, non sono diventato matto. Tirate una pallina verso un treno (ma state attenti!) dandole una certa inclinazione. La pallina colpirà il treno e tornerà indietro in maniera speculare con la stessa velocità con cui l’avete lanciata.
Ora immaginate che il treno si stia muovendo verso di voi con una certa velocità (state molto più attenti di prima!).
Di nuovo, lanciate la pallina con la stessa velocità di prima. Stavolta però, dopo l’urto con il treno la pallina acquisterà una velocità maggiore proprio perché il treno si muove nella direzione del rimbalzo.
Visto, l’avevo detto che era facile!

Se vogliamo vedere l’esempio precedente applicato al sistema solare allora il treno è un pianeta, la pallina è una sonda e voi siete il Sole che osservate.

Ovviamente, sempre seguendo l’esempio, quando la pallina impatta sul treno, in principio il treno dovrebbe rallentare, quindi perdere energia un pochino. Ma data la differenza in stazza tra pallina e treno, proprio come nel caso della coppia pianeta-sonda, questa perdita di energia non è in alcun modo apprezzabile.

Fonte: http://www.schoolphysics.co.uk

Ah, dimenticavo! Nell’esempio del treno il guadagno di velocità è dato dall’urto della pallina con il treno. Ma nello spazio non abbiamo (e soprattutto non vogliamo) catastrofiche collisioni delle nostre sonde con gli altri pianeti, ovviamente!
E allora?
Niente, perché dobbiamo pensare che l’urto, in generale, è un’interazione, cioè c’è di mezzo una forza.
Elastica, nel caso del treno-pallina. Gravitazionale, nel caso pianeta-sonda.
In pratica la sonda, che in origine scorrazzava in maniera rettilinea nello spazio, viene attratta dal pianeta e curva la sua traiettoria. Questo permette alla sonda di avere un incontro ravvicinato (e anche una bella visuale) ma dato che la sonda stessa ha una certa velocità questo non permette la caduta. Anzi, la sonda, come la pallina, “rimbalza” sul pianeta e acquista velocità. Fantastico, direi.

Bene. Riguardando i miei appunti sull’effetto fionda dell’università credo che più in parole povere di così proprio non si potesse fare. Ci sarebbero tante altre belle cose da dire sull’effetto fionda quindi, statene certi, presto tireremo di nuovo in ballo questo post per spiegare qualche bel fenomeno fisico che avviene nell’universo.

Nel frattempo, tutti a rivedere Armageddon!

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