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LE FORZE
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Leforze
§La forza è una grandezza fisica che descrive l’interazione tra
due corpi o sistemi.
Esistono due tipi di forze:
§ forze di contatto che si manifestano solo quando i corpi vengono a contatto tra loro (es.: vento che spinge sulle vele, galleggiamento sull’acqua);
§ forze a distanza che si manifestano anche senza contatto (es.: forza di gravità durante un salto).
La forza di gravità che la Terra esercita su tutti i corpi in prossimità della sua superficie è chiamata forza-peso.
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Unaforzacambialavelocità
§Una forza non contrastata da altre
forze:
§applicata a un corpo fermo, lo
mette in movimento;
§applicata a un corpo in
movimento, ne cambia la sua
velocità.
Più forze applicate allo stesso corpo possono bilanciarsi e annullarsi tra loro.
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Unaforzaèunagrandezzavettoriale
§Per definire completamente una
forza bisogna specificarne:
§ l’intensità (o modulo);
§ la direzione;
§ il verso.
La forza totale a cui è soggetto un corpo è detta forza risultante.
Quando su un corpo agiscono più forze, la forza totale è data dalla loro somma vettoriale.
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Ildinamometro
§Il dinamometro è uno
strumento che misura le forze
usando le proprietà delle molle.
Due forze hanno la stessa intensità se, applicate alla molla di un dinamometro, provocano allungamenti uguali.
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Ilnewton
Un newton è l’intensità della forza-peso con cui la Terra attrae un corpo di massa 102 g posto sulla sua superficie.
Nel Sistema Internazionale l’unità di misura della forza è chiamata newton (N).
Tarare un dinamometro significa mettere in corrispondenza ogni allungamento della molla con l’intensità della forza che lo provoca.
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Laforza-peso
La forza-peso che agisce su un corpo può cambiare da un posto a un altro.
La forza-peso è la forza di attrazione gravitazionale che la Terra esercita su tutti i corpi in prossimità della sua superficie.
§ è una grandezza vettoriale;
§ il suo modulo è misurato con il dinamometro.
Esempio: salendo rispetto al livello del mare, la forza-peso diminuisce: a una quota di 10.000 m è inferiore del 3 per mille rispetto al livello del mare.
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Lamassa
La massa di un corpo è sempre la stessa dappertutto.
La massa è una caratteristica del corpo.
§ è una grandezza scalare;
§ è misurata con la bilancia a bracci uguali.
Esempio: a una quota di 10 000 m la bilancia a bracci uguali misura esattamente lo stesso valore che indica al suolo.
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Relazionetraforza-pesoemassa
in un dato luogo la forza-peso è direttamente proporzionale alla massa m.
Esiste tuttavia una relazione tra forza-peso e massa:
§ direzione verticale;
§ verso che va dall’alto in basso;
§ modulo espresso dalla formula:
Il vettore ha:
!Fp
!Fp
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Ilvaloredig sullaTerra
La bilancia pesapersone misura la forza-peso in newton con il suo dinamomentro interno, ma è tarata in modo da mostrare sul display il valore della massa in kg:
Dalla formula del modulo della forza-peso e dalla definizione del newton si ricava:
Poiché il valore di g varia da luogo a luogo normalmente si usano solo due cifre significative: g = 9,8 N/kg
1,00 N N9,80 0,102 kg kg
pFgm
= = =
9,8 N/kgp pF F
mg
= =
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Laforzaelastica
La forza che una molla allungata o compressa esercita su qualunque corpo a contatto con una sua estremità è chiamata forza elastica.
Una molla allungata o compressa tende a tornare alla sua lunghezza originaria, detta lunghezza a riposo.
I dati sperimentali mostrano che i valori della forza e i corrispondenti valori dell’allungamento della molla sono direttamente proporzionali.
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§ la relazione tra i moduli esprime la proporzionalità tra F e xmediante la costante k che è caratteristica di ogni molla (più kè grande, più la molla è rigida).
LaleggediHookeIl comportamento di una molla è descritto dalla legge di Hooke:
La formula dice che:
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Leforzediattrito
Le forze di attrito si oppongono sempre al movimento.
§ La forza di attrito radente si esercita tra due superfici (es.: scarpa e terreno).
§ La forza di attrito viscoso si ha quando un corpo si muove in un fluido (es.: paracadutista nell’aria).
L’attrito può essere:
§ dannoso – si cerca di ridurlo con lubrificanti e studi aerodinamici;
§ utile – viene progettato intenzionalmente (es.: freni, scarpette da arrampicata).
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Laforzadiattritoradente
A livello microscopico tutte le superfici presentano irregolarità.
Due solidi a contatto incontrano una resistenza a scorrere l’uno sull’altro a causa delle asperità microscopiche delle loro superfici.
In particolare, si definisce:
§ attrito radente statico la resistenza al tentativo di mettere in moto un corpo da fermo;
§ attrito radente dinamico la resistenza alla prosecuzione del moto di un corpo.
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Modulomassimodell’attritostatico
L’esperienza dimostra che l’intensità massima della forza di attrito statico è data dalla formula:
Dove:
§ il coefficiente di attrito statico è un numero puro che dipende dai materiali a contatto;
§ la forza premente è la forza totale con cui il corpo preme perpendicolarmente sulla superficie d’appoggio.
sµ
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§ dipende dai materiali delle due superfici a contatto;
§ non dipende dall’area di contatto;
§ è parallela alle due superfici;
§ ha verso tale da opporsi al movimento;
§ può assumere qualsiasi intensità tra 0 N e un valore massimo;
§ ha intensità massima direttamente proporzionale al modulo della forza
Sintesiforzediattritostatico/dinamico
§ dipende dai materiali delle due superfici a contatto;
§ non dipende dall’area di contatto;
§ è parallela alle due superfici;
§ ha verso opposto a quello del moto;
§ ha modulo direttamente proporzionale a quello della forza premente.
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Il coefficiente di attrito dinamico è sempre minore del coefficiente di attrito statico tra la stessa coppia di materiali.
Perciò la forza necessaria a mettere in moto un oggetto fermo è maggiore di quella per trascinarlo quando è già in movimento.
Coefficientidiattrito