Verticale e orizzontale
Il filo a piombo e la livellaModifica
In fisica, ingegneria e costruzioni, la direzione designata come verticale è di solito quella lungo la quale pende un piombino. In alternativa, una livella che sfrutta la galleggiabilità di una bolla d’aria e la sua tendenza ad andare verticalmente verso l’alto può essere usata per verificare l’orizzontalità. Anche un dispositivo di livellamento dell’acqua può essere usato per stabilire l’orizzontalità.
Le moderne livelle laser rotanti che possono livellarsi automaticamente sono strumenti robusti e sofisticati e lavorano sullo stesso principio fondamentale.
L’approssimazione della terra piattaModifica
Nello scenario della terra piatta, dove la terra è nozionalmente una grande (infinita) superficie piatta con il campo gravitazionale ad angolo retto rispetto alla superficie, la superficie della terra è orizzontale e qualsiasi piano parallelo alla superficie della terra è anche orizzontale. I piani verticali, per esempio i muri, possono essere paralleli tra loro o possono intersecarsi su una linea verticale. Le superfici orizzontali non si intersecano. Inoltre, un piano non può essere sia un piano orizzontale in un posto che un piano verticale in un altro.
La Terra sferica
Quando si tiene conto della curvatura della terra, i concetti di verticale e orizzontale assumono un altro significato. Sulla superficie di un pianeta uniformemente sferico, omogeneo e non rotante, il piombino individua come verticale la direzione radiale. In senso stretto, non è più possibile che le pareti verticali siano parallele: tutte le verticali si intersecano. Questo fatto ha applicazioni pratiche reali nell’edilizia e nell’ingegneria civile, ad esempio, le cime delle torri di un ponte sospeso sono più distanti che alla base.
Anche i piani orizzontali possono intersecarsi quando sono piani tangenti a punti separati sulla superficie della terra. In particolare, un piano tangente a un punto dell’equatore interseca ad angolo retto il piano tangente al Polo Nord. Inoltre, il piano equatoriale è parallelo al piano tangente al Polo Nord e come tale ha la pretesa di essere un piano orizzontale. Ma è, allo stesso tempo, un piano verticale per i punti dell’equatore. In questo senso, un piano può, probabilmente, essere sia orizzontale che verticale, orizzontale in un punto e verticale in un altro.
Ulteriori complicazioniModifica
Per una terra che gira, il filo a piombo devia dalla direzione radiale in funzione della latitudine. Solo ai poli nord e sud il filo a piombo si allinea al raggio locale. La situazione è in realtà ancora più complicata perché la terra non è una sfera omogenea e liscia. È un pianeta non omogeneo, non sferico, nodoso e in movimento, e la verticale non solo non deve necessariamente trovarsi lungo una radiale, ma può anche essere curva e variare nel tempo. Su una scala più piccola, una montagna su un lato può deviare il piombino lontano dal vero zenit.
Su una scala più grande il campo gravitazionale della terra, che è almeno approssimativamente radiale vicino alla terra, non è radiale quando è influenzato dalla luna a quote più alte.
Muri e pavimentiModifica
Su un pavimento (orizzontale), si può disegnare una linea orizzontale ma non una linea verticale nel senso di una linea a piombo. Ma su un muro (verticale), si possono tracciare sia linee verticali che orizzontali. In questo senso, un muro verticale permette più opzioni. Questo si riflette negli strumenti che usa un muratore: un filo a piombo per la verticalità e una livella per controllare che i corsi di malta siano orizzontali.D’altra parte, in contrasto con un muro un pavimento orizzontale permette più opzioni quando si considerano le direzioni della bussola. Si possono disegnare su un pavimento linee che vanno a nord, sud, est e ovest, in effetti, lungo qualsiasi direzione della bussola. Un muro permette meno opzioni. Per esempio, su un muro che corre lungo una longitudine, un insetto non può strisciare verso est.
Indipendenza dei movimenti orizzontali e verticaliModifica
Non tenendo conto della curvatura della terra, i movimenti orizzontali e verticali di un proiettile che si muove sotto gravità sono indipendenti l’uno dall’altro. Lo spostamento verticale di un proiettile non è influenzato dalla componente orizzontale della velocità di lancio e, viceversa, lo spostamento orizzontale non è influenzato dalla componente verticale. La nozione risale almeno a Galileo.
Quando si tiene conto della curvatura della terra, l’indipendenza dei due movimenti non vale. Per esempio, anche un proiettile sparato in direzione orizzontale (cioè con una componente verticale nulla) può lasciare la superficie della terra sferica e sfuggire del tutto.