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dicembre 1, 2017

Interazione

 

Descrizione

L’interazione è un fenomeno o processo in cui due o più oggetti (agenti o sistemi) agiscono uno sull’altro. Nel concetto di “interazione” è essenziale l’idea di azione bidirezionale, il che la distingue dalla relazione causa-effetto. Inoltre l’interazione è presente in alcune forme di comunicazione e nel comando, o nella guida, di macchinari.

Il concetto assume significati specifici nelle discipline interessate.

 

Fisica

In fisica, l’interazione è un evento o una situazione in cui due o più corpi si applicano reciprocamente forze, a contatto o a distanza, per il principio di azione e reazione esteso. L’esempio tipico è l’interazione gravitazionale, per cui corpi dotati di massa si applicano reciprocamente forze attrattive descritte dalla legge di Newton (per esempio il sistema TerraLuna o, più in generale, il sistema planetario ecc…). Un altro esempio è l’interazione d’urto, che rappresenta il complesso di fenomeni per cui due o più corpi applicano forze reciproche nel contatto. Prima di andare avanti è necessario sottolineare che il concetto di forza è stato sostituito perché la semplice, ma efficace, formula di Newton:

 {displaystyle F=G{frac {M,m}{r^{2}}}}

 

… non bastava più, specialmente a livello atomico. In fisica, però, la parola “interazione” si usa spesso come abbreviazione di energia di interazione. Per comprendere il senso dell’energia di interazione, si supponga che due corpi siano posti a una certa distanza, in quiete rispetto a un determinato sistema di riferimento, e che si attraggano (interagiscano fra loro) con una forza che si annulla per distanze molto grandi. L’energia di interazione fra quei due corpi a quella distanza, e in ugual sistema di riferimento, è uguale al lavoro necessario per portare i corpi a grande distanza relativa (dove le forze sono nulle) lasciandoli là in quiete. Se è nota la legge della forza, il calcolo del lavoro di quest’ultima è immediato, e quindi altrettanto immediato il calcolo dell’energia di interazione (esso comunque richiede qualche tecnica analitica).

Tutti i fenomeni fisici che si osservano nella realtà sembrano riconducibili a quattro interazioni fondamentali: gravitazionale, debole, elettromagnetica e forte.

 

Interazioni fondamentali

In fisica le interazioni fondamentali o forze fondamentali sono le interazioni o forze della natura che permettono di descrivere i fenomeni fisici a tutte le scale di distanza e di energia e che non sono quindi riconducibili ad altre forze.

Sono state individuate quattro forze o interazioni fondamentali: l’interazione gravitazionale, l’interazione elettromagnetica, l’interazione nucleare debole e l’interazione nucleare forte. Per energie dell’ordine dei 100 GeV la forza elettromagnetica e la forza debole si presentano come unificate nell’interazione elettrodebole.

Ulteriori forze sono state proposte per spiegare alcune lacune delle attuali teorie anche rispetto ai risultati sperimentali (ad esempio non sono ancora note le interazioni della materia oscura), ma al momento non esiste consenso in merito alla loro esistenza e alle loro eventuali proprietà.

 

Caratteristiche di base

Il raggio d’azione e l’intensità di una forza sono le due più importanti caratteristiche delle interazioni fondamentali. L’intensità fornisce una misura dei rapporti di forza tra le interazioni di diversa natura. Semplificando, il raggio d’azione può essere pensato come la distanza massima alla quale un’interazione è influente. Ad esempio l’interazione gravitazionale ha un raggio d’azione infinito; per questo motivo il Sole esercita la sua forza anche su corpi lontanissimi come Plutone.

 

Interazione elettromagnetica

L’interazione elettromagnetica è responsabile delle proprietà chimiche degli atomi e della struttura delle molecole. La carica elettrica determina l’intensità e il verso dell’interazione fra corpi carichi, corpi con uguali cariche elettriche si respingono, mentre corpi con cariche elettriche discordi si attraggono. La forza elettromagnetica è il risultato dell’interazione locale fra i corpi carichi e il campo elettromagnetico. Il campo elettromagnetico può propagarsi come un’onda, come nel caso delle onde radio e della luce stessa. Anche l’interazione elettromagnetica ha raggio di interazione infinito, ad esempio la luce emessa dalle stelle delle galassie più lontane arriva sulla Terra e interagisce con gli atomi dell’atmosfera, dei nostri occhi e dei nostri telescopi. L’interazione elettromagnetica ha poca influenza nel determinare la struttura dei sistemi planetari, delle galassie e più in generale dell’universo su grande scala.

Infatti le stelle, i pianeti e le galassie sono oggetti globalmente privi di carica elettrica, sicché l’interazione fra questi corpi celesti è dominata dalla forza di gravità.

 

Interazione gravitazionale

L’interazione gravitazionale determina la forza di gravità sulla Terra e l’attrazione dei pianeti, fenomeni descritti in buona approssimazione dalla legge di gravitazione universale, e anche la geometria dello spazio e del tempo dell’universo in base alla relatività generale.

Due corpi si attraggono in modo direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse, in altre parole la “carica” gravitazionale è uguale alla massa inerziale (al contrario dell’interazione elettromagnetica dove la carica elettrica di un corpo non ha in generale nessuna relazione con la sua massa). Questa uguaglianza fra la massa inerziale e la massa gravitazionale è alla base del principio di equivalenza.

 

Interazione nucleare debole

L’interazione nucleare debole è responsabile delle forze che intervengono nei decadimenti nucleari. L’interazione debole ha un raggio d’azione finito comparabile alle scale delle lunghezze subatomiche, quindi particolarmente piccolo, se raffrontato con le scale umane.

 

Interazione nucleare forte

L’interazione nucleare forte, dotata di una proprietà definita carica di colore, tiene uniti i quark, costituenti elementari dei protoni e dei neutroni, ed anche quest’ultimi all’interno del nucleo. È in termini assoluti la forza più intensa fra quelle finora conosciute, al punto che non è possibile a bassa energia isolare e separare un singolo quark da un protone. Tale confinamento della carica di colore consente quindi teoricamente interazioni forti a lungo raggio solo attraverso bosoni compositi globalmente neutri per colore formati da un quark e un antiquark, a loro volta legati dalla forza forte (mesoni). Essendo però questi tutti instabili, e decadendo in breve tempo, la forza nucleare forte agisce di fatto solo a corta distanza nei nuclei. Ad esempio l’interazione forte fra due nucleoni può essere descritta a bassa energia come il risultato dello scambio di mesoni Pi, o pioni.

 

Caratteristiche quantistiche

Secondo la teoria quantistica dei campi, le particelle che costituiscono la materia interagiscono attraverso lo scambio di uno o più bosoni di gauge, particelle elementari mediatrici di forza che costituiscono i quanti del rispettivo campo. L’interazione fra due elettroni avviene ad esempio attraverso l’emissione e l’assorbimento di fotoni. I bosoni di una teoria di gauge sono bosoni vettori, ovvero hanno spin uguale a uno, eccetto il gravitone, non ancora scoperto sperimentalmente, che dovrebbe avere spin uguale a due.

 

 

Interazione

 

 

Mediatore

 

 

Magnitudine relativa

 

 

Andamento asintotico

 

 

Raggio d’azione

 

Interazione forte gluone
Interazione elettromagnetica fotone
Interazione debole Bosoni W e Z
Interazione gravitazionale gravitone (?)

 

Unificazione delle forze

Nel 1873 Maxwell scoprì che due forze della natura apparentemente diverse, la forza magnetica e la forza elettrica, sono in realtà manifestazioni della stessa interazione fondamentale. Le equazioni di Maxwell permisero di riunire in una formulazione matematica sintetica ed elegante le leggi dell’elettricità e del magnetismo allora note, principalmente la legge di induzione di Faraday, il teorema di Gauss per il campo elettrico e la Legge di Ampère, a cui Maxwell aggiunse un termine noto come corrente di spostamento. Tutte le equazioni prese assieme descrivono in maniera unitaria e completa tutti i fenomeni elettromagnetici, come ad esempio l’attrazione fra due calamite e la propagazione della luce nel cosmo.

Allo stesso modo nel XX secolo si è scoperto che l’interazione elettromagnetica e la forza nucleare debole sono due manifestazioni di un’unica interazione, l’interazione elettrodebole, la cui simmetria è manifesta ad alte energie, ma è rotta a bassa energia dal meccanismo di Higgs. In questo modo sia i fenomeni elettromagnetici come la luce, che i decadimenti nucleari possono essere spiegati tramite l’azione di una sola forza.

Allo stato attuale delle ricerche, la teoria che meglio descrive la fisica delle particelle è nota come Modello standard, che descrive in modo unitario l’interazione nucleare forte e l’interazione elettrodebole, anche se l’unificazione della interazione forte non è ancora completa. Il Modello Standard ha ottenuto numerose verifiche sperimentali, anche grazie al lavoro degli acceleratori di particelle, come l’LHC o il tevatron. I nuovi esperimenti dovrebbero consentire di colmare le lacune del modello standard.

Uno dei grandi obiettivi della fisica teorica contemporanea è quello di fornire una descrizione dell’interazione gravitazionale valida ad alte energie e piccole distanze, ossia di unificare la relatività generale con la meccanica quantistica. Se questa unificazione avesse successo, sarebbe possibile conoscere in maggior dettaglio, ad esempio, la fisica dei buchi neri e i primissimi istanti di vita dell’universo dopo il Big Bang. Secondo le moderne teorie di unificazione, come ad esempio la teoria delle stringhe, ad alte energie (e quindi ad alte temperature) le quattro forze fondamentali si fondono in una sola.

 

Biologia e medicina

In medicina, quando si somministrino più farmaci contemporaneamente, è necessario controllarne le interazioni. Si dà in certi casi la prescrizione di medicamenti agonisti (per esempio analgesici o antidepressivi) mentre in genere si cerca di evitare la combinazione di farmaci fra loro antagonisti, sia a livello di effetto immediato del farmaco, sia al livello di assorbimento, distribuzione e metabolismo dello stesso. In certi casi si contrasta l’interazione con un opportuno dosaggio dei farmaci.

 

Sociologia

È detta interazione sociale una sequenza dinamica e mutevole di atti sociali fra individui (o gruppi) che modificano le proprie azioni e reazioni a seconda delle azioni dei soggetti con cui interagiscono. Si distinguono questi casi d’interazione sociale:

– accidentale, cioè non prevista e difficilmente ripetuta: per esempio, chiedere un’indicazione a un passante o a un commesso se un prodotto è disponibile;

– ripetuta, vale a dire non prevista, ma che si dà periodicamente, come incontrare casualmente un vicino nella via dove si abita;

– regolare, cioè non prevista ma molto frequente, tale da destare sorpresa quando non si riscontra (vedere ogni giorno il portinaio all’ingresso);

– regolata: prevista e regolata da norme, tale da meravigliare molto se non avviene; è di questo tipo l’interazione sul lavoro o in famiglia.

Le interazioni sociali sono alla base delle relazioni sociali. Psicologicamente, le interazioni sociali hanno una parte intrapersonale ed una parte interpersonale. Le interazioni intrapersonali possono essere (Tapu, 2001):

– rapporti diretti (decisioni cognitive seguite da azioni concrete: “Ho deciso che per me è meglio lasciare il mio ragazzo, e glielo ho detto”, o decisioni affettive, accompagnate da interventi espressivi: “Io amo la mia ragazza e ho sempre mostrato questo a lei”) ;

– relazioni incrociate (decisioni cognitive, accompagnate da interventi espressivi: “Oggi ho deciso che per me è meglio rompere con la mia ragazza e cerco di farle capire questo senza parole”, o decisioni affettive seguite da azioni concrete: “Ho amato il mio ragazzo e ho sempre voluto essere con lui, ma alla fine ho lasciato andare, perché era meglio per tutti e due”).

Anche le interazioni interpersonali possono essere:

– dirette (reazione cognitiva ad azioni concrete di un’altra persona: “La mia ragazza vuole vivere con me, e sono d’accordo, perché è meglio per noi due”, o reazione affettiva alle altre azioni espressive: “Il mio ragazzo mostra i suoi sentimenti per me e io rispondo allo stesso modo”);

– attraversate (reazione affettiva di altre azioni concrete: “Il mio partner mi vuole comprare una casa, e quindi suppongo lui/lei mi ama”, o la reazione cognitiva ad un’azione espressiva di un’altra persona: “Il mio partner dice lui/lei mi ama e mi chiedo perché è lui/lei a dirmi questo?”).

L’interazionismo simbolico è una teoria sociologica, secondo la quale il significato di oggetti, situazioni e relazioni sociali emerge dal valore simbolico della comunicazione.

L’analisi dei processi di interazione (Interaction Process Analysis o IPA) è uno schema di codifica progettato nel 1950 da Bales per osservare e analizzare l’interazione del gruppo.

Nella teoria dei sistemi di Niklas Luhmann si distingue l’interazione, caratterizzata dalla compresenza degli interlocutori, dalla comunicazione mediata (per esempio scritta).

 

Disegno industriale e informatica

Nel disegno industriale, l’interazione è il rapporto che un utente stabilisce con un dato oggetto, dispositivo o sistema. Fra gli altri fattori vi concorre l’ergonomia.

Nell’informatica si tende a facilitare l’interazione uomo-macchina tramite un’interfaccia ergonomica; la materia è regolata dalla norma EN ISO 9241.

 

Voci correlate

Psicologia;

Sociologia;

Gruppo di lavoro;

Identità;

Comunicazione;

 

Tratto da Wikipedia, elaborato e modificato.

 

 

 

 

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