Simulatore gravitazionale
Dopo quello del cuore qui condivido il simulatore gravitazionale, mostra il comportamento di N corpi (con tutte le semplificazioni richieste) soggetti alla gravità.
La fisica funziona meglio quando la si vede in azione. Puoi leggere che F = G·m₁·m₂/r² descrive l’attrazione gravitazionale tra due corpi, puoi memorizzare che la forza è inversamente proporzionale al quadrato della distanza, puoi anche capire cosa significa.
Ma quando vedi cento particelle che si attraggono, si scontrano, si fondono formando aggregati sempre più grandi, quando puoi aumentare G e vedere l’aggregazione accelerare, quando abbassi la velocità iniziale e osservi traiettorie più stabili, a quel punto non stai solo capendo la legge di gravità: stai vedendo come funziona l’universo.
Ho realizzato un simulatore di gravitazione 2D che fa esattamente questo, il link per provarlo si trova in fondo all’articolo.
Come funziona (e cosa potete farci)
Il simulatore parte con un numero di corpi distribuiti casualmente nello spazio, ciascuno con una massa iniziale e una velocità. Da quel momento ogni corpo attrae tutti gli altri secondo la legge di Newton.
Quando due corpi collidono si fondono: la massa si somma, il momento si conserva, il colore cambia riflettendo la nuova massa (da rosso per masse piccole fino a viola per quelle grandi). Non c’è nessun algoritmo che dice “forma aggregati” o “crea strutture”. La complessità emerge solo dalle interazioni gravitazionali.
Per provarlo basta cliccare sull’immagine sotto.
Avete tre parametri da regolare:
Numero di corpi: partite con 50-60 per vedere dinamiche interessanti senza sovraccaricare. Salite oltre i 100 se volete vedere formazione di strutture multiple. Scendete a 20-30 per seguire le singole traiettorie.
Velocità iniziale: alta (sopra 1.0) crea movimenti caotici con collisioni frequenti. Bassa (sotto 0.5) produce orbite più stabili e aggregazione graduale. Zero elimina il moto iniziale e lascia agire solo l’attrazione gravitazionale.
Costante gravitazionale G: questo è il parametro più divertente. G alta (sopra 300 produce aggregazione esplosiva in pochi secondi. G bassa (sotto 30) permette di osservare l’evoluzione lenta. G intermedia (80-120) bilancia velocità e osservabilità.
Il vero apprendimento viene dallo sperimentare combinazioni. Cosa succede con G bassissima e velocità alta? I corpi volano via prima di aggregarsi. E con G alta ma pochi corpi? Si forma rapidamente un unico grande aggregato centrale.
Perché questo insegna fisica
Quando modificate G e vedete immediatamente cambiare il comportamento del sistema, state facendo fisica sperimentale. State formulando ipotesi (cosa succederà se…), testando (avvio la simulazione), osservando risultati, modificando parametri per verificare nuove ipotesi.
La conservazione della quantità di moto non è più un principio astratto scritto nel libro: è il fatto osservabile che quando due corpi si scontrano il risultato si muove in una direzione predicibile dalla loro massa e velocità relativa.
L’emergenza di strutture complesse da regole semplici è visibile: nessun corpo “sa” di dover formare aggregati, eppure gli aggregati si formano spontaneamente. Questo principio attraversa la fisica, dal mondo macro a quello micro.
La dipendenza dalla distanza al quadrato diventa evidente quando osservate che corpi lontani quasi non interagiscono mentre quelli vicini accelerano rapidamente uno verso l’altro.
State imparando facendo esperimenti, non memorizzando formule.
La questione della fedeltà fisica
Il simulatore usa fisica semplificata, non è un simulatore di precisione.
È voluto, l’obiettivo è rendere visibili i principi, non calcolare orbite precise anche perché si tratta di un problema fisico estremamente complesso. Per chi volesse approfondire c’è questo articolo di Wired.
Quello che si vede è una simulazione qualitativa per scopi didattici. Mostra come funziona il meccanismo, non quanto precisamente funziona in condizioni reali. La distinzione va sempre chiarita quando si usano simulatori nell’insegnamento, lo scopo è visualizzare principi non fare previsioni quantitative.
Come l’ho costruito
Ho chiesto a Claude di implementare un sistema di N-corpi con attrazione gravitazionale, fusione per collisione, visualizzazione colorata della massa. Claude ha generato un artifact che usa Canvas 2D per il rendering dell’applicazione.
Il codice è su GitHub con licenza MIT, quindi completamente riutilizzabile, il repository è questo.
Potete usarlo direttamente, integrarlo nel vostro sito con un iframe, scaricarlo e modificarlo per le vostre esigenze.
Per poter provare il simulatore basta cliccare sul pulsante che si trova alla fine dell’articolo.
Dove porta questo
Questo è il secondo simulatore che pubblico, dopo quello sul cuore. Ma mentre quello mostrava un processo biologico sequenziale (fase 1, fase 2, fase 3, …), questo mostra un sistema dinamico che evolve continuamente senza fasi predefinite.
Questo apre a una categoria diversa di simulatori didattici, quelli che permettono di rappresentare un sistema, con le semplificazioni possibili, dove il comportamento globale emerge dalle interazioni locali secondo regole semplici.
Gli artifacts di Claude rendono questo approccio accessibile senza dover programmare. Serve chiarezza su quali regole implementare, comprensione di quali semplificazioni sono accettabili per l’obiettivo didattico, disponibilità a iterare fino a ottenere qualcosa che funziona.
