Il costituente fondamentale della materia è l’atomo. In un atomo si ha, di solito, un nucleo costituito da cariche positive attorno a cui orbitano delle cariche negative che sono gli elettroni. Questo è un atomo complicato, costituito da tanti elettroni che orbitano intorno al nucleo. Noi, per semplicità, studieremo oggi l’atomo più semplice esistente in natura che è l’atomo di idrogeno. Nell’atomo di idrogeno noi abbiamo una sola carica positiva, contenuta nel nucleo, chiamiamola q_p, sarà la carica del protone Attorno al nucleo orbita una sola carica negativa, che è l’elettrone, e che chiamiamo q_e. L’elettrone formerà attorno al nucleo un’orbita più o meno circolare. Noi assumiamo che l’orbita sia esattamente circolare di raggio r. In particolare sappiamo che la carica del protone è uguale a più la carica fondamentale, che è la carica dell’elettrone, mentre q_e, che è la carica dell’elettrone, vale - e Il valore di e è uguale a 1,602 x 10^(-19) Coulomb. Il raggio dell’atomo di idrogeno è noto e vale r = 53 pm, ovvero 53 x 10^(-12) m. Vogliamo determinare quanto vale la forza elettrostatica che agisce fra il protone e l’elettrone in questo costituente fondamentale della materia e, per farlo, allora rappresentiamoci soltanto l’elettrone e il protone, rappresentiamoci soltanto le cariche, senza rappresentare l’orbita, e proviamo a determinare quanto vale la forza. In questo semplice sistema, il sistema di riferimento che decidiamo di utilizzare, è individuato dal versore u_r, che è il versore che congiunge il protone che genera la forza verso l’elettrone. La forza di natura elettrostatica sarà una forza attrattiva, essendo queste due cariche di segno opposto, e quindi rappresentiamo in questo modo la forza di natura elettrostatica come forza attrattiva. Quanto vale adesso questa forza? Il valore della forza lo scriviamo come 1/(4πε_0) , cioè un insieme di costanti dell’elettrostatica, per il prodotto delle cariche, (carica del protone per la carica dell’elettrone), diviso la loro distanza al quadrato, moltiplicato per il versore u_r. Notiamo subito che se scriviamo la forza in questo modo, e sostituiamo le cariche, dal momento che le cariche hanno segno opposto, tutta quanta questa frazione ha segno negativo, il che vuole dire che la forza elettrostatica è diretta in verso opposto rispetto a u_r , confermando quanto abbiamo già disegnato, ovvero che la forza elettrostatica va verso sinistra. Se, adesso, sostituiamo tutti i valori, il raggio e la carica, abbiamo che il modulo della forza elettrostatica, che è quella che tiene insieme l’atomo, è 8,21 x 10^(-8) Newton. Come possiamo vedere, questa forza è una forza molto debole perché è per 10^(-8) N. E’ una forza molto piccola rispetto a quella che normalmente ci circonda, la forza gravitazionale per esempio. Però per valutare se questa forza è davvero grande o no all’interno di un atomo, quello che possiamo fare è calcolare, per esempio, qual è l’accelerazione che questa forza provocherà su un elettrone. Per questo motivo vi faccio il disegno rappresentando il solo elettrone, che questa volta dirò dotato di massa, e rappresentiamo su questo elettrone la forza che sta agendo, che è una forza diretta verso sinistra, appena calcolata, e, sulla base delle leggi di Newton, se io ho una forza che sta premendo verso sinistra, deve essere che il corpo accelera anche lui verso sinistra, con accelerazione a , secondo quella che è la Legge di Newton - forza di natura elettrostatica è uguale a massa dell’elettrone moltiplicato per l’accelerazione. Anche la massa dell’elettrone è nota. Così come è stato ricavato il raggio dell’atomo e le cariche fondamentali, anche la massa dell’elettrone è nota ed infatti vale 9,11 x 10^(-31) kg, quindi è un’entità estremamente leggera. Se noi adesso andiamo a sostituire la massa che vi ho appena fornito, all’interno di questa espressione, possiamo determinare quanto vale il modulo dell’accelerazione che, nel nostro caso, vale 9,01 x 10^22 m/s^2. E quindi, come possiamo vedere, questo ci conferma che, è vero che la forza è estremamente piccola, ma è anche vero che nell’atomo le distanze sono talmente piccole da determinare (e la massa dell’elettrone soprattutto è talmente piccola) da determinare un’accelerazione gigantesca. Vuole dire che questa forza non è per nulla trascurabile quando siamo a livello atomico
