Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW1 Forze Il termine forza nel senso comune indica una trazione od una spinta Nellindicare una forza si usa una freccia

Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 1

Forze Il termine forza nel senso comune indica una trazione od una spinta

Nell’indicare una forza si usa una freccia in quanto una trazione o spinta ha sempre una intensità (il modulo) una direzione ed un verso. Da un punto di vista fisico quindi la forza è un vettore.

Se la forza è una quantità reale deve poter essere misurabile, per essere misurabile deve indurre degli effetti che possono essere quantificati.

Prima legge di Newton

‘Un corpo rimane nel suo stato di quiete o nel suo stato di moto rettilineo a velocità costante se una forza risultante non nulla non lo costringe a variare il suo stato di moto’

oppure

‘Un corpo non soggetto a forze o la cui risultante di tutte le forze a lui applicate è nulla permane nel suo stato di quiete o nel suo stato di moto rettilineo uniforme’

L’assenza di forze (o il fatto che la loro somma vettoriale sia il vettore nullo) quindi implica l’assenza di una variazione di moto, cioè l’assenza di accelerazione.

Un corpo senza accelerazione si dice in equilibrio


Composizione delle forze Forza risultante

La macchina si muove con velocità costante. Quanto saràla forza totale ?

Il piede è fermo!Quanto saranno le tensioni dei fili


Seconda legge di Newton

‘Se una forza risultante F non nulla agisce su un corpo di massa m il modulo della conseguente accelerazione a è direttamente proporzionale al modulo della forza risultante ed inversamente proporzionale alla massa. La direzione ed il verso dell’accelerazione è uguale alla direzione e verso della forza risultante.’

amFm

Fa

La massa (quello che noi quantifichiamo come la quantità di materia) risulta essere il termine di proporzionalità tra forza ed accelerazione.Maggiore è la massa di un corpo maggiore dovrà essere la forza necessaria per dare al corpo una data accelerazione.

Le dimensioni della forza sono:

L’equazione di newton è di natura vettoriale e quindi può essere scomposta nelle sue componenti (cartesiane, sferiche, cilindriche … )

Un corpo è quindi in equilibrio quando la somma di tutte le forze agenti è nulla

NewtonNs

mKgForza 2

am

ma

ma

ma

F

F

F

F

z

y

x

z

y

x

Poiché la massa è uno scalare compare tale e quale in tutte le tre equazioni


Forza Gravitazionale

In prima approssimazione, per un osservatore sulla superficie terrestre, è la forza che attira qualsiasi corpo verso il suolo.

E’ una forza costante (non cambia nel tempo) ed uniforme (è la medesima in qualsiasi punto dello spazio)

F = - mg

F = - m g

Punta verso il basso

Accelerazione di gravità, 9.8 m/s2

Massa Inerziale


Esempio:

Caduta libera

Calcolare posizione, velocità ed accelerazione di un corpo di massa M in caduta libera dopo 1,2,3,4,5 secondi


Le equazioni di moto di un corpo in caduta libera NON dipendono dalla massa del corpo stesso. Quindi in assenza di attrito un sasso una piuma impiegano il medesimo tempo per arrivare a terra

C’e’ un bel filmato fatto dagli astronauti sulla Luna

Sito: http://vesuvius.jsc.nasa.gov/er/seh/feather.avi


Forza Peso

Il Peso di un corpo è il modulo della forza netta richiesta per evitare che il corpo cada, quindi per controbilanciare la forza di

gravità agente sul corpo


Forza Normale

La forza normale è la forza esercitata da una superficie quando, deformandosi, sostiene il corpo appoggiato.

La forza Normale è sempre perpendicolare alla superficie e di indica con la lettera N

Se il corpo ha massa M = 12 Kg quanto vale N ?

Che differenza c’e’ tra la Forza Normale e la Forza Peso ?Sono Sempre Uguali ?


N

30°Fg


Forza di Attrito Statico Fk

La forza di attrito statico è la forza necessaria per mettere in moto un corpo di massa M su una superficie k

Il corpo è in quiete, non applico nessuna forza. Il corpo rimane fermo.

Inizio ad applicare una forza F < Fk

Il corpo rimane fermo.

Aumento F ma sempre F < Fk


Ora F = Fk


Se F > Fk il corpo acquisisce una accelerazione a .

Fk = k Nk < 1 k dipende dal materiale k


Forza di Attrito Dinamico Fd

La forza di attrito dinamico è la forza che si oppone a qualsiasi moto di un corpo m che striscia su un materiale K

N

Fd v

NF

d

v

Fd agisce solo se il corpo è in motoFd è sempre opposta alla direzione di moto

d dipende dal materiale K d < k

Fd = d N

d < 1


Tensione

Quando un filo è fissato ad un corpo soggetto ad una forza, il filo è sotto tensione. Il filo esercita sul corpo una forza di trazione T

applicata al punto di fissaggio del filo e diretta lungo il filo

La tensione della corda è il modulo di tale forza

Quanto vale T nei tre casi (i tre corpi sono fermi) ?


Forza Elastica

Un materiale elastico è un materiale che ha la capacità di riacquistare la forma iniziale dopo essere stato compresso o deformato (p.es. la molla)

La forza necessaria per allungare o accorciare una molla (caso 1D) è linearmente proporzionale all’allungamento stesso. La costante di proporzionalità k è detta costante elastica

)( 0xxkF

La osservabile x0 rappresenta l’estensione della molla quando non è soggetta a forze, l’osservabile x indica l’attuale estensione della molla

• Se comprimo la molla la forza che esercito è negativa

• Se estendo la molla la forza che esercito è positiva

Per motivi di semplicità si considera sempre la molla di estensione nulla, cioè x0 = 0. E’ facile correggere i calcoli in caso contrario

0)( 00 xxkFxx

0)( 00 xxkFxx


Forza nel moto circolare Uniforme

Moto in cui :

• vt costante costante = pulsazione

• T costante T = Periodo• costante = frequenza

Un corpo che si muove in moto circolare uniforme subisce una forza non nulla (detta centripeta) SEMPRE diretta verso il centro

vF

rmr

vmF t 2

2

Forze Centrali


Forza Centrifuga

L’autista dell’automobile sente una forza che lo porta verso l’esterno.

Questa forza è detta forza centrifuga

La forza centrifuga è una forza ‘apparente’, una forza cioè che viene sentita solo se l’osservatore non è fermo o in moto rettilineo uniforme. Per un osservatore in moto circolare uniforme la forza centrifuga può essere espressa come:

Dove è la velocità angolare ed r il raggio di curvatura

rmF 2


Forze in natura

In natura esistono 4 forze fondamentali, con cui è possibile descrivere tutti i fenomeni naturali noti:

• Forza Gravitazionale … è responsabile di tutti i fenomeni astronomici e ed è la forza che percepiamo nel modo

più immediato

… Legge di gravitazione universale di Newton… Relatività Generale

• Forza Elettromagnetica … lega gli elettroni al nucleo ed è responsabile di tutti i fenomeni elettrici

… Equazioni di Maxwell

• Forza Nucleare forte …….lega i mattoni più elementari della materia stessa. Mantiene unite le particelle ed

impedisce ai nuclei di disintegrarsi per la reciproca repulsione fra protoni.

… La forma esplicita completa è tuttora ignota

• Forza Nucleare debole …. Assicura la produzione di luce e calore per opera della fusione nucleare, è responsabile dei

decadimenti radioattivi.

… La forma esplicita non è completamente nota

Qualsiasi altra forza deriva da queste quattro

Forza peso

Forza di attrito

Forza viscosa

Forza elettrostatica

Forza di Lorentz

rr

mmGF

221

2/80.9 smgjmgF

NkF

vkF 0

rr

qqF

221

04

1

BvqF


Terza legge di Newton

‘Se un corpo esercita una forza su un secondo corpo, il secondo corpo esercita sul primo corpo una forza uguale in modulo e direzione ma opposta in verso.’

Le due forze sono identiche ma vengono esercitate su corpi diversi, con masse differenti. Quindi l’effetto indotto da queste due forze identiche può essere sensibilmente differente.

Esempio

F = 36 Nmastronave = 11000 kgmuomo = 92 kg

2

2

/39.092

36

/0033.011000

36

sma

sma

uomo

astronave

F F



Obiettivi generali degli esercizi svolti in aula:

Saper trovare la risultante di più forze;

Saper applicare la prima e la seconda legge della dinamica in vari contesti.

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