> Credo di aver capito il busillis.
...
> 1) Se il disco modificato viene usato come generatore (pg 3., GENERATOR
> CONFIGURATION):
...
> Se il disco modificato viene usato come motore (pg 3., MOTOR
> CONFIGURATION):
>
> Qui l'esposizione deve tener conto di una definizione data da
> Guala-Valverde in cui non mi ritrovo: ci dedico in un post successivo.
Eccolo.
Anche in questo caso Guala-Valverde afferma che (nel solo caso in cui il
probe sia fissato sopra la zona d'inversione di B e sia reso solidale
con il magnete) il risultato e' "contrario alle attese assolutistiche".
Ho fatto molta fatica a cercare di indovinare *perche'* lo dica, ossia
*quale ragionamento attribuisca* ai c.d. "assolutisti", visto che la mia
previsione su quello che avrebbe dovuto accadere era perfettamente
concorde con i risultati ottenuti e dichiarati nell'articolo.
A prima vista, sembra che quello che G.V. abbia in mente come "posizione
degli assolutisti" sia una regola che si trova in alcuni testi: "un
circuito percorso da corrente tende a muoversi (o deformarsi) in modo
che la variazione di flusso dovuta al suo moto generi una fem che si
oppone al passaggio della corrente", e il suo ragionamento fili cosi':
quando il probe si trova sulla parte di disco maggiore, in cui il campo
B e' "upward" (senza andare a fare tutti i ragionamenti sui versi
effettivi di campi e correnti), indipendentemente dal fatto che il
magnete sia fermo o ruoti, sia solidale col probe o no, il risultato e'
che se percorso da una certa corrente si muove in senso orario.
Guardando alla spira *che precede* il probe formata da probe, tratto di
anello esterno e circuito esterno (per semplicita' ortogonale al disco),
il flusso "upward" *diminuisce*.
Quando il probe si trova sul settore in cui B e' invertito e si muove
nello stesso verso orario, *solo se il magnete sta fermo*, il flusso
"upward" invece *aumenta* (perche' diminuisce il flusso inverso), e con
la stessa corrente il probe dovrebbe quindi muoversi in senso opposto.
Se il magnete e' vincolato a ruotare solidalmente con il probe, il
flusso invece *diminuisce*, come nel caso precedente; e *per la regola
di cui sopra,* il probe (e il magnete, che vi e' vincolato) dovrebbero
muoversi nuovamente in senso orario.
*Se* questo e' stato il ragionamento di Guala-Valverde, l'obiezione e'
analoga a quella del caso "generatore": la regola citata non fa parte
dell'elettrodinamica classica, che e' costituita dalle 4 equazioni di
Maxwell con la legge della forza (totale) di Lorentz - equivalente,
come gia' visto, alle leggi dell'elettrostatica insiema alla
trasformazione di Lorentz del tensore elettromagnetico.
Quella regola non ha una validita' universale, e' una "regola
dell'occhio e croce" (rule of thumb) che e' equivalente al calcolo delle
forze di Lorentz *solo* nel caso in cui B sia costante. Se l'intensita'
di un campo magnetico aumenta o diminuisce di suo (perche', per esempio,
la corrente nel solenoide che lo genera aumenta o diminuisce), un filo
percorso da corrente immerso in esso continua a subire una forza (somma
delle forze di Lorentz in moto in esso) *nello stesso verso di quella
che subirebbe con B costante*, indipendentemente dalla variazione totale
di flusso che poi ha luogo. La rotazione del magnete, *qualunque essa
sia*, provoca una variazione *temporale* del campo magnetico
*indipendente* dalla rotazione del probe. La forza motrice sul probe
continua a mantenere lo stesso verso che avrebbe a magnete fermo,
finche' il probe si mantiene sul settore a campo invertito. Come da
risultato sperimentale di Guala-Valverde.
Dopo un'ulteriore riletture, tuttavia, calcolando le forze motrici
facendo uso *solo* delle forza di Lorentz, si affaccia un'altra ipotesi
da prendere in considerazione sul pensiero di Guala-Valverde:
Nel post precedente ho identificato la posizione che G.V. chiama "dei
relativisti" con quella di chi sostiene che il campo magnetico ruota
sempre con il magnete, e quella "degli assolutisti" con quella che
afferma invece che un campo a simmetria cilindrica prodotto da un
magnete in rotazione attorno all'asse di simmetria *non* ruota ed e'
semplicemente un campo costante.
Sembra che Guala-Valverde attribuisca invece alla parola un significato
diverso: secondo lui, il punto di vista "assolutista" afferma (pg. 2)
che "la generazione di corrente ha luogo solo a causa del moto
/assoluto/ del conduttore ... dove assoluto significa 'relativo a un
riferimento dove la massa preponderante dell'Universo e' a riposo'".
Da quanto scrive poi, non e' chiaro se G.V. stia parlando solo di
*rotazioni*, ricorrendo al principio di Mach per definire il riferimento
delle stelle fisse, o anche di traslazioni.
Quello che sembra certo, invece, visto quello che G.V. ne deduce, e'
che, *lui attribuisca* agli "assolutisti" l'opinione che la forza di
Lorentz non obbedisca al III principio della dinamica, e che quindi una
carica in moto radiale a piccola distanza dal disco magnetizzato subisca
una forza di Lorentz *ma non eserciti* alcuna forza sul magnete. *Solo
cosi'* si puo' spiegare la predizione che, sempre secondo G.V,
dovrebbero fare gli "assolutisti" sul suo esperimento.
Io non vedo alcun motivo per cui non si possa ritenere
contemporaneamente che il campo magnetico non ruoti e che invece le
forza elettromagnetiche *a breve raggio* agiscano fra corpi, e siamo
soggette quindi al III principio. Ossia, secondo la terminologia di
G.V., essere "assolutista" per quanto riguarda le rotazioni e
"relativista" per quanto riguarda le interazioni.
Ovviamente, questo implica che le forza elettromagnetiche agenti *fra*
parti di corpi materiali siano "azioni a distanza", e quindi istantanee.
Si tratta di un'approssimazione *legittima* quando il cambiamento di
posizione delle parti, v*deltat, nel tempo deltat=D/c, impiegato dalla
radiazione per percorrere il tragitto D fra le parti interagenti, e'
trascurabile rispetto alle dimensioni dei corpi, d; ossia per v/c << d/D.
Nel caso invece di interazioni fra corpi situati a distanze molto grandi
rispetto alle loro dimensioni, e/o con moti relativistici, l'interazione
e' mediata da variazioni dei campi che si propagano, ossia da onde EM:
la conservazione di energia, impulso e momento angolare e' assicurata da
energia, impulso e momento della radiazione.
- o -
Incontestabilmente, due magneti *si* attraggono (o *si* respingono) o
esercitano un momento meccanico *uno sull'altro*, indipendentemente dal
fatto che siano magneti permanenti o bobine in cui scorra corrente. Nel
caso della carica in moto a piccola distanza dal disco magnetizzato, a
prima vista puo' apparire problematico individuare la reazione alla
forza di Lorentz agente sul disco: ma in realta' e' semplice.
Nella situazione descritta, la retta d'azione della forza di Lorentz non
passa per il magnete. Sembrerebbe quindi che non vi sia alcun corpo su
cui possa agire la sua "reazione". Ma se "reazione" non vi fosse,
verrebbe violata la legge di conservazione dell'impulso. La forza di
Lorentz puo' pero' essere considerata come risultante di due o piu'
forze, attrattive e repulsive, fra la carica in moto e parti diverse del
magnete. Al magnete risulta allora applicata una forza eguale ed opposta
a quella agente sulla carica, ed una coppia il cui momento e' parallelo
al moto della carica.
Quest'ultimo viene facilmente rivelato sperimentalmente ripetendo
l'esperimento di Oersted con un filo verticale ed una bussola
orizzontale il cui asse si trovi quasi esattamente a nord o a sud del
filo prima di dare corrente. La reazione alle forze di Lorentz sulle
cariche che scorrono sul filo non puo' invece essere rivelata (da uno
spostamento laterale dell'asse della bussola), perche' annullata dalla
reazione alle forze di Lorentz sulle cariche che scorrono nel circuito
di alimentazione. Sembra invece che G.V. abbia escogitato una
configurazione in grado di rivelarla.
Nel sistema magnete-carica vengono conservati sia la quantita' di moto
che il momento angolare.
Consideriamo un magnete cilindrico molto piatto, che genera un campo
identico a una spira superconduttrice percorsa da corrente opportuna.
Nel riferimento della carica, sulla faccia del cilindro e' presente un
campo elettrico uniforme, ortogonale al moto del magnete rispetto alla
carica; immediatamente all'esterno della circonferenza, e' presente un
campo magnetico uniforme di stesso modulo e verso opposto. La divergenza
del campo elettrico e' non nulla solo sulla circonferenza (spira), e
corrisponde a una densita' di carica lineare proporzionale a sin(theta),
con ovvio significato di theta. La carica "vede" un dipolo, che spiega
sia la forza di Lorentz che la reazione sul magnete.
Il motivo per cui nella spira si viene a formare una densita' di carica
non nulla e' l'effetto relativistico esposto da Purcell e Schroeder. Il
fatto che l'effetto su una spira sia lo stesso che su un magnete implica
che il meccanismo con cui viene generato il campo magnetico di un
magnete sia, in qualche modo, assimilabile al moto delle cariche che
genera il campo della spira.
- o -
Nel disco di Faraday a magnete cilindrico, usato come motore (quindi
facendo passare corrente nel circuito probe-tratto di anello-circuito
esterno), le cariche che scorrono sul probe sono soggette a forze di
Lorentz che trasmettono al conduttore, ed esercitano forze eguali e
contrarie sul magnete: dato il vincolo dell'asse sia sul probe che sul
magnete, *fra i due* agisce un momento meccanico rispetto all'asse. Le
cariche che scorrono nel circuito esterno fanno agire, fra circuito
esterno e magnete, un momento eguale e contrario. Le cariche che
scorrono lungo l'anello generano forze radiali e non contribuiscono al
momento. Comunque siano fissati o liberi di ruotare probe e circuito
esterno, sul magnete agisce un momento nullo.
Nell'esperimento di G.V, con magnete cilindrico ma con flusso invertito
in un settore, e probe situato in mezzo a quel settore, fra: magnete e
probe, e: magnete e circuito esterno, agiscono due momenti che *sul
magnete sono concordi*. 1). Fissando il magnete rispetto al laboratorio
e quindi al circuito esterno, il momento fra questi due viene annullato
dalle reazioni vincolari, mentre quello fra magnete e probe fa si' che
il probe, libero, si metta in rotazione in un verso. 2). Fissando il
magnete al probe, e' il momento fra questi due che viene annullato dalle
reazioni vincolari, e il momento fra circuito esterno e magnete fa si'
che il magnete e quindi anche il probe, vincolati fra loro ma liberi di
ruotare solidalmente, si mettano a ruotare nell'altro verso. Come
verificato da Guala-Valverde.
- o -
In conclusione:
*neanche* l'esperimento di Guala-Valverde e' in grado di discriminare
fra le due ipotesi concorrenti, che il campo magnetico generato da un
magnete a simmetria cilindrica che ruota attorno al suo asse *ruoti*
anch'esso o *rimanga fermo*.
L'ipotesi che ruoti va rigettata in base ad altre considerazioni: di
insensatezza dell'affermazione; o in base al fatto che rendere sensata
l'affermazione, specificando che "un campo magnetico ruota" se e solo se
esiste un riferimento rotante in cui il campo elettromagnetico e'
puramente magnetico, implica che nel riferimento inerziale non rotante
debba essere presente nel vuoto una densita' di carica non nulla.
L'esperimento supporta invece l'ipotesi che, per sistemi di cariche in
moto a velocita' *non* relativistiche e su percorsi comparabili con le
distanze fra i sistemi interagenti, le forze di Lorentz obbediscono con
ottima approssimazione al III principio della Dinamica, e le cariche
esercitano forze sulle sorgenti dei campi. Laddove invece, se queste
condizioni non sono verificate, l'interazione fra i sistemi di cariche
avviene con la mediazione di una radiazione EM che trasporta energia,
impulso e momento angolare.