HERTZ, Heinrich Rudolph

HERTZ, Heinrich Rudolph

Fisico tedesco, nato ad Amburgo il 22 febbraio 1857, morto a Bonn il 10 gennaio 1894. Iniziò gli studî d'ingegneria a Monaco nel 1877, ma l'anno successivo passò a quelli di fisica, e seguì i corsi di G. Kirchhoff e di H. von Helmholtz a Berlino, e vinse un concorso bandito da quella università per una ricerca originale sull'inerzia dell'elettricità in movimento; questa fu pubblicata nel 1880. In quello stesso anno conseguì il titolo di dottore con una dissertazione sulle sfere rotanti. Fu subito nominato assistente all'istituto fisico di Berlino, e lavorò in ricerche sperimentali varie sull'elasticità e sulle scariche elettriche nei gas. Nel 1883 si trasferì a Kiel come libero docente, e si dedicò allo studio delle teorie elettromagnetiche di Maxwell. Le sue prime ricerche teoriche in questo campo gli valsero nel 1885 il posto di professore al politecnico di Karlsruhe. Quivi ebbe migliori mezzi per esperimentare. La mirabile previsione delle onde elettromagnetiche, fatta dall'autore inglese sedici anni prima, era un risultato di sintesi teorica, e quasi tutti gli scienziati del tempo la consideravano con diffidenza. H. fu uno dei pochi che arrivassero ad apprezzarne lo spirito e il fondamento, e si accinse a darne la prova sperimentale. Questa dimostrazione, che riempì di meraviglia il mondo scientifico, fu da lui ottenuta nel 1887, mediante scariche oscillanti di altissima frequenza ottenute da circuiti metallici semplici, interrotti in un punto, e adoperando come rivelatori altri circuiti risonanti. La pubblicazione avvenne nella nota Über sehr schnelle elekir. Schwingungen, in Wiedem. Annalen, XXXI (1887). Seguirono altre ricerche per determinare la velocità e le modalità varie di propagazione delle onde, ottenendo sempre più completa conferma della teoria maxwelliana, e perfezionando particolari sperimentali che sono stati il primo germe da cui è nata poi la tecnica della radiotrasmissione. Queste ricerche furono pubblicate nell'anno 1889; e in quello stesso anno H. tenne una conferenza sulle sue scoperte e sulle relazioni fra elettricità e luce, al congresso della Società tedesca pel progresso delle scienze, in Heidelberg. Quasi contemporaneamente, H. fu chiamato a succedere a R. J. E. Clausius nell'università di Bonn, ed ebbe l'alto onore di essere nominato membro della Royal Society di Londra. La sua opera sperimentale proseguì con le ricerche sulle scariche elettriche nei gas rarefatti, e quella teorica con le sue due memorie Über die Grundgleichungen der Elektrodynamik che furono pubblicate nei Wiedemann Annalen del 1890 (v. elettricità). L'insieme delle sue ricerche in materia di propagazioni elettriche e teoria dei campi elettrici fu da lui raccolta in un volume con introduzione esplicativa. Negli anni successivi elaborò il suo libro Die Principien der Mechanik realizzando l'ardito tentativo di porre le leggi della meccanica sotto forma nuova, e ricavarle dall'ipotesi che non vi siano forze di campo o forze impresse di qualsiasi natura, e che le perturbazioni che subiscono i corpi nel loro moto siano dovute solo ad azioni vincolari di meccanismi nascosti. Nel corso di questo scritto H. introdusse le definizioni che distinguono i sistemi olonomi dagli anolonomi. Quest'opera fu pubblicata dopo la sua morte, nel 1894, con una prefazione di H. von Helmholtz Le Gesammelte Werke del H. furono pubblicate in 3 voll. (Lipsia 1894-95).

Principio di Hertz. - È detto anche principio della direttissima (ted. Prinzip der geradesten Bahn) e si può stabilire (v., p. es., T. Levi-Civita e U. Amaldi, Lezioni di Meccanica razionale, II, 11, Bologna 1927, pp. 489-492), interpretando geometricamente - nello spazio delle configurazioni - il principio della minima costrizione del Gauss (v. dinamica, n. 21) nel caso di un sistema materiale, soggetto a vincoli bilaterali, privi di attrito e indipendenti dal tempo, ma non sollecitato da forze attive (moto spontaneo). Esso afferma che, nelle condizioni di sollecitazione e di vincolo or ora indicate, il moto naturale del sistema, a partire da un qualsiasi atto di moto iniziale, avviene con velocità costante per ciascun punto, e in guisa che, a ogni istante, l'incurvamento della traiettoria, che dà l'immagine del fenomeno nello spazio rappresentativo delle configurazioni, sia minimo, rispetto a tutte le altre traiettorie consentite dai vincoli. Questo enunciato costituisce una notevolissima estensione del principio d'inerzia (v. inerzia) dal caso elementare di un unico punto libero a quello di sistemi materiali quali si vogliano (in assenza di forze attive e di attriti). E giova rilevare che l'ipotesi dell'assenza di forze attive non costituisce, dal punto di vista del Hertz, una restrizione, perché egli parte dalla veduta fondamentale che si debba bandire dalla meccanica l'idea di forza, come nozione primitiva, e ridurre tutto a un giuoco di vincoli. Così le forze, secondo il Hertz, non possono intervenire che sotto l'aspetto di reazioni vincolari.

Le onde hertziane. - Sono onde di natura elettromagnetica, furono previste teoricamente da C. Maxwell, rivelate sperimentalmente da H. Hertz e applicate da G. Marconi alla radiotelegrafia. Si producono quando una corrente alternata di alta frequenza, percorre un conduttore (oscillatore, antenna). Varî sperimentatori fra cui lo stesso Hertz e A. Righi provarono la stretta analogia fra queste onde e quelle luminose, le quali si propagano anch'esse con la velocità di km. 300.000 al secondo, si riflettono, si rifrangono, dànno luogo a fenomeni d'interferenza, di diffrazione e possono essere polarizzate. Analogie tutte che erano state pure previste teoricamente dal Maxwell.

Per rendere conto della natura e origine delle onde hertziane, consideriamo un oscillatore, costituito da due capacità collegate con un conduttore. Se una carica oscilla fra le due capacità, il campo elettrico dovuto a queste sarà del pari oscillante, e così pure il campo magnetico dovuto alla corrente costituita dalla carica che percorre il conduttore. A una distanza considerevole dall'oscillatore naturalmente i due campi saranno più deboli che non in vicinanza e i massimi e minimi si verificheranno con un certo ritardo, rispetto a quello che accade in un punto prossimo all'oscillatore, dovendo la perturbazione impiegare un certo tempo per giungervi. Il campo perciò viene ad avere in ogni istante, in generale, valori diversi nei vari punti dello spazio. In analogia a quanto avviene per il moto ondoso del mare, dove si dice lunghezza d'onda la distanza che separa due creste consecutive, qui si dice lunghezza d'onda la distanza che separa due regioni nelle quali le intensità dei due campi sono massime contemporaneamente. La lunghezza d'onda si definisce anche come lo spazio percorso dalla radiazione, durante un periodo della corrente oscillante che l'ha prodotta. La lunghezza d'onda è l'unico fattore che differenzia le onde hertziane da quelle luminose: mentre per queste è di pochi decimi di millesimo di millimetro, per quelle va dai centimetri alle migliaia di metri. Le direzioni dei due campi, in un dato punto, sono fra loro ad angolo retto e giacciono su di un piano (fronte dell'onda) che è perpendicolare alla direzione di propagazione dell'onda in quel punto.

Entro limiti di spazio abbastanza ristretti, si può pensare che la propagazione avvenga per onde semisferiche come per il suono nell'aria, ma se la regione in cui si pensa il fenomeno è grande, bisogna ricordare che la propagazione avviene nell'intercapedine limitata tra la superficie della Terra e lo strato di Heaviside (v.), il che giustifica la grande portata delle comuni stazioni radiotelegrafiche, portata che non sarebbe spiegabile se queste onde in luogo di essere costrette nella zona suddetta fossero libere di irradiarsi in tutto lo spazio.