| Massa |
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1) Quantità, per lo più notevole, di materia solida, liquida o aeriforme che costituisce un insieme più o meno omogeneo e compatto di forma indefinita: una m. di terra, di neve, d'acqua; una m. d'aria calda; m. sanguigna, la quantità di sangue contenuta nell'organismo. 2) In fisica, proprietà della materia che caratterizza il suo comportamento in un campo gravitazionale (m. gravitazionale) e durante le variazioni di velocità. Rapporto di m., in un missile, o in un complesso vettore-satellite, è quello tra la m. totale del veicolo (quale si ha all'istante del lancio, con pieno carico di propellenti) e la m. della sua struttura con l'eventuale carico utile quando il carico dei propellenti è completamente esaurito. Poiché l'incremento della velocità del veicolo, tra l'istante del lancio e quello in cui si giunge all'esaurirsi dei propellenti, è funzione del rapporto di m., l'ottenimento delle velocità elevate necessarie al lancio, senza diminuire il carico utile, impone il ricorso alla tecnica dei missili e dei vettori pluristadio. Fisica La m. inerziale viene definita in base al principio di azione e reazione ed è il fattore di proporzionalità m che ricorre nella legge fondamentale della dinamica (F=ma); per ogni corpo essa coincide con la m. gravitazionale che compare come fattore di proporzionalità m nell'espressione della forza gravitazionale (F=GmM/R2) che agisce sul corpo in presenza di un altro dotato di m. M, posto a una distanza R. L'equivalenza delle due m. è stata verificata accuratamente nel 1909 da R. Eötvös, che costruì un apparecchio in grado di determinare una differenza di una parte su cento milioni nella forza gravitazionale; nel 1964 R. H. Dicke ha eseguito una nuova versione dell'esperienza di Eötvös, migliorandone la precisione di parecchie centinaia di volte. Nella fisica classica non venne dato alcun importante significato all'equivalenza tra m. inerziale e m. gravitazionale; nella fisica moderna tale equivalenza costituisce invece la base per una comprensione profonda del fenomeno della gravitazione e fu posta da A. Einstein a base della teoria della relatività generale. Secondo la teoria della relatività ristretta esiste inoltre equivalenza tra m. ed energia, equivalenza espressa dalla formula E=mc2, con c che esprime la velocità della luce. Sempre in tale teoria, la m. non è più una costante, ma varia con la velocità del corpo considerato. La m. m0 del corpo in quiete è detta m. a riposo, mentre la m. m del corpo, in moto con velocità v rispetto al sistema di riferimento inerziale solidale con l'osservatore, è detta m. relativistica; In base alla legge di gravitazione universale, la m. di un corpo può essere determinata misurando l'attrazione gravitazionale da questo esercitata su un altro corpo. Così la m. di un pianeta può essere determinata in base all'azione perturbatrice esercitata da esso su un altro pianeta, o anche dal periodo e dalla distanza di uno dei suoi satelliti. Per le stelle, il metodo più preciso è quello basato sullo studio del moto delle stelle binarie riferito al centro di m. del sistema. Per le galassie, il metodo più preciso è basato sullo studio della loro rotazione. Nell'Universo, parte della m. è concentrata (per oltre il 50%) nelle galassie, mentre la rimanente è diffusa sotto forma di materia intergalattica. Nella fisica atomica e nucleare, numero di m. (simbolo A), il numero di nucleoni (protoni e neutroni) contenuti in un nucleo atomico; m. atomica, o m. isotopica, di un atomo neutro, valore esatto della sua m. relativamente alla m. dell'atomo neutro dell'isotopo del carbonio di numero di m. 12. M. nucleare, massa del nucleo degli atomi. Poiché solitamente vengono misurate le m. di atomi neutri, si potrà da questi ottenere la m. nucleare mediante la formula M?=M-[Zm0-Be(Z)], dove M? è la m. del nucleo, M è la m. atomica, Z è il numero atomico, m0 è la m. a riposo dell'elettrone, Be è l'energia di legame degli elettroni in un atomo. Quest'ultima quantità è data approssimativamente, nel modello di Thomas-Fermi, mediante la formula empirica di proporzionalità Be(Z)=15,73Z7/3 eV . Astrofisica L'analisi meccanica delle caratteristiche dinamiche riscontrabili negli ammassi di galassie denuncia l'esistenza di una quantità di materia complessiva significativamente superiore a quella totalizzata in essi dalle singole galassie direttamente visibili. Questo scarto ponderale è stato definito m. occulta o m. mancante. Il difetto di m. riscontrato sale, in taluni casi, all'80-90%, attestando che la materia direttamente accertabile nell'Universo sotto forma di m. condensate è solo una minima parte di quella in realtà esistente. Astronomi e cosmologi sono impegnati nella ricerca dell'identità fisica di questa massa mancante, in quanto giocherebbe un ruolo essenziale nei destini del cosmo, rendendolo suscettibile di arrestare in futuro il proprio stato di espansione a seconda che il potenziale gravitazionale connesso al contenuto ponderale complessivo esistente risultasse superiore, o inferiore, a quello critico. Una proficua direttrice di ricerca si è dimostrata quella del rilevamento, in radiazione X e in radiofrequenza, del gas ionizzato che circonda in “aloni” i corpi delle galassie e che pervade gli spazi occupati dagli ammassi. Tuttavia, i risultati sperimentali – ai quali hanno contribuito validamente i satelliti orbitanti IRAS e COBE, e stanno contribuendo il GRO, l'IUE, l'EUV, il telescopio spaziale Hubble e, al suolo, i potenti strumenti di nuova tecnologia (NTT) – non consentono di giustificare finora più del 10% dell'intero difetto di massa nell'Universo. A questa componente, oltre gli “aloni caldi”, diffusi intorno alle galassie, contribuiscono le nubi dense di gas freddo scarsamente emittente (idrogeno molecolare) racchiuse nel loro interno. Viene presa in seria considerazione anche la possibilità che gran parte della m. gravitazionale di ciascuna galassia si presenti sotto forma di materia condensata invisibile (corpi planetari e asteroidali, “serbatoi” di nuclei di cometeri); oppure sotto forma di materia degenerata nascosta all'interno dei bulbi galattici (buchi neri supermassicci). Altre forme eventuali sarebbero le concentrazioni in corpi cospicui (stelle morte, nane bianche a debole luminosità, astri di neutroni, minibuchi neri di origine cosmologica) distribuiti di preferenza negli aloni galattici, i cosiddetti MACHO(MAssive Compact Halo Objects) e VMO (Very Massive Objects). La loro presenza potrebbe venir attestata dai fenomeni di focalizzazione per via gravitazionale della luce emessa dalle sorgenti retrostanti: a tale indagine si stanno dedicando numerosi centri di ricerca nell'ambito del progetto EROS che ha iniziato con l'indagare su ca. 2 milioni di stelle contenute nella Grande Nube di Magellano, allo scopo di porre in evidenza eventuali MACHO nell'alone della Via Lattea. Tuttavia, se l'Universo fosse costituito di sola materia barionica, il suo contenuto ponderale – come s'è detto – assommerebbe al solo 10% della m. critica, e il cronotopo sarebbe destinato a un'espansione indefinita. Poiché numerose considerazioni sulla stabilità del primo Universo concordano nel ritenere che in realtà quel contenuto non poté discostarsi di molto dal valore critico, ne consegue che la quasi totalità delle m. universale deve sussistere in forma non direttamente osservabile, di cui la frazione di natura barionica costituisce parte trascurabile. I teorici ritengono che la componente di gran lunga più importante del difetto di m. riscontrato debba sussistere in forma non barionica, sotto specie di strutture subatomiche inusuali, nate con l'Universo. Essi suddividono questa componente in materia oscura calda (HDM, Hot Dark Matter) e in “materia oscura fredda” (CDM, Cold Dark Matter). Nella prima categoria figurerebbero gli assioni e i neutrini massivi in moto relativistico; nella seconda, aggregazioni di quark (sorta di particelle nucleari giganti), WIMP (Weakly Interacting Massive Particles) enti a interazione debole, microbuchi neri di origine primordiale. Le influenze prodotte dalla componente non barionica sul divenire dell'Universo hanno certamente svolto un ruolo nella genesi di quelle disomogeneità cosmologiche da cui trassero origine le galassie. Il completamento delle analisi sui dati informativi forniti dal satellite cosmologico COBE, e le sperimentazioni in atto tese a stabilire l'eventuale massa del neutrino e la rivelazione di assioni e di particelle WIMP, costituiscono, al giorno d'oggi, i mezzi ritenuti più efficaci per l'identificazione della m. occulta e la giustificazione di molte proprietà mostrate dall'Universo. Meteorologia Nel Sistema Internazionale (S.I.), la m. è una grandezza fondamentale avente come unità di misura il chilogrammo (simbolo kg), cioè la m. del prototipo internazionale conservato al Pavillon de Breteuil (Sèvres, Parigi). La m. non coincide con la quantità di sostanza, grandezza per la quale è stata introdotta nel S.I. una grandezza fondamentale, la mole (simbolo mol). La m. di un corpo viene determinata comunemente misurandone o l'inerzia opposta a una variazione del suo stato di moto o l'attrazione gravitazionale verso altri corpi per confronto con un campione (bilancia). Il termine peso deve essere esclusivamente usato per indicare la forza che deriva dal prodotto della m. per l'accelerazione di gravità locale (III Conferenza Generale dei Pesi e Misure). Pertanto si deve evitare di usare il nome peso in luogo di quello di m. anche per indicare i risultati di una pesata o le m. campione di una bilancia. Nel S.I. si definiscono inoltre: la m. lineica, che, nelle distribuzioni di m. lungo una curva è la m. contenuta nell'unità di lunghezza; si misura in chilogrammi al metro (kg/m); la m. areica, che, nelle distribuzioni superficiali di m. è la m. contenuta nell'unità di area e si misura in chilogrammi al metro quadrato (kg/m2); la m. volumica, nome che sostituisce quello di m. specifica e quello precedente di densità assoluta ed è la m. contenuta nell'unità di volume e si misura in chilogrammi al metro cubo (kg/m3); la m. molare, che, per un dato corpo, è il rapporto tra la sua m. e il numero di moli in esso contenute e si misura in chilogrammi alla mole (kg/mol). Per le unità di misura usate in Gran Bretagna, nel Commonwealth e negli Stati Uniti d'America, (avoirdupois). Altre unità di misura, non appartenenti al S.I., ma transitoriamente tollerate, sono: il carato metrico, usato nelle transazioni commerciali delle pietre preziose e delle perle (1 carato metrico=2·10-4 kg); l'unità atomica di m. (con simbolo a.m.u.; 1 a.m.u.=1,66053±0,00001 kg), corrispondente a un dodicesimo della m. a riposo dell'atomo di carbonio 12. |