Legge di conservazione

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In fisica, una legge di conservazione, o principio di conservazione, è una legge fisica fondamentale che descrive la conservazione nel tempo di una grandezza fisica in un sistema fisico isolato. Le leggi di conservazione sono molteplici e caratterizzano tutti gli ambiti della fisica; si distinguono in leggi esatte, cioè che sono verificate per ogni sistema isolato, e leggi approssimate, cioè vere solo in presenza di determinate condizioni.

Storicamente, in presenza di una nuova teoria, si è osservata una tendenza a ridefinire in essa particolari grandezze la cui costanza, nella teoria precedente, si era dimostrata strumento efficace per lo studio dei sistemi fisici. È stato così possibile garantire la conservazione di tali grandezze nel più ampio contesto della nuova teoria, con l'acquisizione di una valenza più generale.

Dal punto di vista della filosofia della scienza, queste leggi, o principi, assieme ai fenomeni ciclici o periodici, assumono importanza fondamentale in quanto, di fatto, regolano profondamente il comportamento della Natura fisica stessa, essendo in grado, ancor più delle altre leggi fisiche, di conferire ordine e logica all'apparente disordine o caos.

Cenni storici[modifica | modifica sorgente]

Nel 1774, Antoine Lavoisier dimostrò sperimentalmente che la materia non può essere creata o distrutta, ma solo trasformata (v. Legge della conservazione della massa di Lavoisier). Allo stesso tempo, la meccanica classica del 600-700 mostrava la validità dello stesso principio per l'energia meccanica (Legge della conservazione della massa fisica. Nella seconda metà del XIX secolo, le scoperte di diversi scienziati, tra i quali James Prescott Joule, Carnot, Thomson, Rudolf Clausius e Michael Faraday, svelarono ulteriormente che lo stesso principio valeva per tutta l'energia compresa l'energia termica (Legge di conservazione dell'energia), pervenendo a una compiuta descrizione dei primi due principi della termodinamica. Fino ai primi anni del novecento si pensava che la materia e l'energia fossero due grandezze separate, prive di alcun punto di contatto, finché, nel 1905, Albert Einstein formulò la celeberrima equazione E = mc², che esprimeva la relazione di equivalenza tra energia e massa, che si rivelavano due aspetti della stessa realtà fisica affermando, più esattamente, che la materia non è altro che una forma molto concentrata di energia. Questa rivoluzionaria scoperta di Einstein diede origine al principio di conservazione della massa-energia.

Teorema di Noether[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Teorema di Noether.

Il teorema di Noether è il teorema matematico che, a partire da una formulazione complessa di una teoria, supporta la derivazione delle relative leggi di conservazione. Il teorema lega in maniera esplicita le simmetrie delle leggi fisiche che governano il sistema, che si traducono in invarianze della lagrangiana per particolari trasformazioni, con l'esistenza di grandezze preservate, gli integrali del moto. In particolare, il massimo numero di integrali primi del moto funzionalmente indipendenti è pari al numero di invarianze della lagrangiana.
Come caso particolare del teorema di Noether si ottiene la costanza nel tempo dei momenti coniugati a ciascuna coordinata non presente esplicitamente nella lagrangiana, detta coordinata ciclica. Nel caso della lagrangiana di un sistema di particelle meccanicamente isolato le coordinate cicliche sono il vettore posizione del baricentro, le tre coordinate angolari del sistema e il tempo: esse portano rispettivamente alle leggi di conservazione della meccanica classica, la conservazione del vettore quantità di moto (v.: Legge di conservazione della quantità di moto), la conservazione delle tre componenti del momento angolare (v.: Legge di conservazione del momento angolare) e la conservazione dell'energia (v.: Legge di conservazione dell'energia).

Leggi di conservazione esatte[modifica | modifica sorgente]

Le leggi di conservazione esatte sono:

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • Ugo Amaldi, Fisica: idee ed esperimenti, vol. 1, 2 e 3, Zanichelli, 2001.
  • Maurizio Gasperini, L'Universo prima del Big Bang - Cosmologia e teoria delle Stringhe, Franco Muzzio Editore, 2002.
  • Margherita Hack, Pippo Battaglia, Walter Ferrari, Origine e fine dell'Universo, UTET libreria, 2002.
  • Margherita Hack, L'Universo alle soglie del duemila, Rizzoli BUR supersaggi, 1997.
  • Stephen Hawking, Dal Big Bang ai buchi neri, Rizzoli, 1988.
  • Stephen Hawking, Buchi neri e universi neonati, Rizzoli BUR supersaggi, 1997.
  • l'Astronomia, n. 288 agosto/settembre 2007 (periodico mensile).
  • Newton, n. 9 settembre 2007 (periodico mensile).

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]