2.

Massa inerziale e massa gravitazionale

Le definizioni dei due tipi di massa, inerziale e gravitazionale, vengono ricondotte a due principi fisici differenti. La massa inerziale è definita in base alla seconda legge di Newton (F = ma), come la costante di proporzionalità tra la forza applicata a un corpo e l’accelerazione che esso acquista per effetto di tale forza. Essa esprime quindi l’inerzia del corpo, ovvero una forma di “resistenza” che il corpo offre all’azione di cause che possono alterare il suo stato dinamico. A parità di forza applicata, maggiore è la massa inerziale, minore è l’accelerazione acquistata dal corpo.

La massa gravitazionale è invece definita in base alla legge di gravitazione universale (F = GmM/R²), secondo la quale due corpi aventi masse rispettivamente pari a m e M interagiscono per mezzo di una forza attrattiva di intensità direttamente proporzionale al prodotto delle due masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. Questa legge si applica sia al moto dei pianeti (e costituisce la giustificazione teorica delle leggi che ne regolano il moto), sia ai corpi in caduta libera sulla superficie terrestre.

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Massa e relatività

La massa gravitazionale coincide con quella inerziale in tutti i corpi, e l’equivalenza tra le due grandezze riveste grande importanza nella teoria della relatività generale formulata da Albert Einstein. Un altro contenuto fondamentale della teoria della relatività riguardante la massa dei corpi è l’affermazione dell’equivalenza tra massa ed energia: questa legge non ha conseguenze nell’ambito della fisica classica, ma diviene molto importante nell’ambito della fisica moderna.

La relatività ristretta, infatti, prevede che la massa di un corpo vari con la sua velocità, e che lo scostamento tra il valore della massa a riposo (la massa del corpo in quiete) e quello della massa in moto divenga apprezzabile quando la velocità si approssima a quella della luce nel vuoto, ovvero a 300.000 km/s. A tali velocità, caratteristiche delle particelle prodotte nelle reazioni nucleari, o raggiunte dalle particelle grazie agli acceleratori, la massa può essere convertita in energia e viceversa, secondo la celebre equivalenza di Einstein E = mc².