Le forze e l’equilibrio
C. Urtato
Le forze e l’equilibrio
• Quando tutte le forze che agiscono su un corpo si annullano
reciprocamente, il corpo è in equilibrio.
• Esistono tre tipi di equilibrio:
• Stabile, condizione in cui un corpo, spostato leggermente e pio rilasciato,
ritorna alla posizione di partenza;
• Instabile, condizione in cui un corpo tende ad allontanarsi dalla sua
posizione originale;
• Indifferente, condizione in cui un corpo, spostato, permane stabilmente
nella nuova posizione.
• La parte della fisica che studia l’equilibrio dei corpi è la statica
a)Equilibrio stabile; b)equilibrio instabile; c) equilibrio indifferente
Equilibrio e baricentro
•
•
Per studiare l’equilibrio di un corpo occorre conoscere non solo il suo peso, ma
anche il suo punto di applicazione.
Il baricentro è il punto in cui possiamo pensare che sia concentrata tutta la forza
peso di un corpo
I vettori più piccoli rappresentano la forza di
gravità che agisce su ciascuna particella del
corpo.
Il vettore più grande è la risultante di tutte
queste forze.(Forza peso)
Il punto B è il baricentro, cioè il punto di
applicazione della forza peso
Un corpo rigido è in equilibrio quando la forza perso applicata al baricentro e la reazione
vincolare hanno intensità uguali
La posizione del baricentro varia da corpo a corpo e a volte può anche non far parte
del corpo
Corpi rigidi, omogenei e dotati di un centro di simmetria.
Il baricentro coincide col centro di simmetria; per un oggetto triangolare
coincide col punto d’incontro delle mediane, per i rettangoli col punto
d’incontro delle diagonali e così via..
Corpi rigidi non omogenei
Se il peso non è distribuito in modo regolare o il corpo è fatto di
materiali diversi, il baricentro risulta spostato verso la parte più
pesante del corpo. In questo caso è spostato verso il manico
Corpi cavi
Il baricentro non fa parte del corpo.
Il baricentro di una scatola di scarpe è il punto d’incontro delle
diagonali del parallelepipedo che si trova in un punto interno alla
scatola; il baricentro di una palla coincide col centro della sfera ecc..
L’equilibrio dei corpi appoggiati
•
Un corpo appoggiato è in equilibrio quando la verticale passante per il baricentro cade
all’interno del poligono di appoggio
Il poligono d’appoggio della sedia è delimitato dai punti di contatto col pavimento, quello della valigia è formato da
tutta la superficie appoggiata. Divaricando le gambe, aumenta la superficie del poligono d’appoggio
Un corpo appoggiato è:
in equilibrio stabile quando la sua base d’appoggio è ampia;
in equilibrio instabile quando la sua base d’appoggio è molto ridotta;
in equilibrio indifferente quando, qualsiasi posizione assuma, la verticale passante per il
baricentro cade sempre dentro la base d’appoggio.
L’equilibrio dei corpi sospesi
•
Un corpo sospeso è in equilibrio quando la verticale passante per il baricentro passa per il
punto di sospensione
Il baricentro è al di sotto del
punto di sospensione.
Il baricentro è al di sopra
del punto di sospensione.
Il baricentro coincide col
punto di sospensione.
L’equilibrio è stabile perché
se si allontana il corpo dalla
sua posizione di equilibrio,
l’azione del peso lo farà
ritornare nella condizione
precedente.
L’equilibrio è instabile
perché l’azione del peso
farà ruotare il corpo fino a
portare il baricentro al di
sotto del punto di
sospensione.
L’equilibrio è indifferente in
quanto , poiché la forza
peso e la reazione
vincolare sono uguali e
applicate nello stesso
punto, qualsiasi posizione
del corpo determina
equilibrio.
Le Leve
La leva è una macchina semplice costituita da un’asta girevole attorno al fulcro (F)
sulla quale agiscono due forze:
a)la forza motrice o potenza (P)
b)La forza resistente o resistenza (R)
Le distanze di queste due forze dal
Fulcro vengono dette rispettivamente braccio della potenza e braccio della resistenza.
Una leva è in equilibrio quando il prodotto della potenza per il suo braccio è uguale al prodotto
della resistenza per il suo braccio:
P x bp = R x br
La potenza e il suo braccio sono grandezze inversamente proporzionali . Ciò vuol dire che se
la potenza raddoppia, triplica ecc, il suo braccio diventa rispettivamente la metà, un terzo, ecc.
La stessa cosa vale per la resistenza e il suo braccio
Leve vantaggiose, svantaggiose, indifferenti
Una leva è vantaggiosa quando bp > br;
in questo caso la leva permette di sollevare un corpo
esercitando una forza inferiore alla sua forza peso (P<R)
Una leva è svantaggiosa quando bp<br;
in questo caso per sollevare un corpo bisogna esercitare
una forza superiore alla sua forza peso (P>R)
Una leva è indifferente quando bp=br;
In questo caso per sollevare un corpo occorre esercitare
una forza uguale alla sua forza peso (P=R)
Tipi di leve
Una leva è di 1° genere quando il fulcro si trova tra la
potenza e la resistenza. Esempi: le forbici, la bilancia a
due bracci, l’altalena, la stadera…Una leva di primo
genere può essere vantaggiosa, svantaggiosa, indifferente
Una leva è di 2° genere quando la resistenza si trova fra il
fulcro e la potenza. Esempi: lo schiaccianoci, il remo, la
carriola. Una leva di secondo genere è sempre vantaggiosa
Una leva è di 3° genere quando la potenza si trova tra il
fulcro e la resistenza. Esempi, le pinzette , la canna da
pesca, le pinze per il ghiaccio. Una leva di terzo genere è
sempre svantaggiosa
Il principio di Archimede
Un corpo immerso in un liquido riceve una spinta verticale dal basso verso l’alto pari al
peso del volume del liquido spostato. Questa forza, detta spinta idrostatica, non si
verifica solo nell’acqua, ma in tutti i fluidi, aria compresa.
Determiniamo il peso di un sasso appeso ad un
dinamometro prima nell’aria, poi immergendolo in
un recipiente colmo d’acqua.
In queste condizioni il valore indicato dal dinamo
metro
sarà minore e parte dell’acqua uscirà dal recipiente.
Raccogliendo il volume di acqua traboccato,
corrispondente al volume del sasso e calcolandone
il peso, il valore trovato corrisponderà esattamente
alla differenza di peso tra le due misurazioni.
L’intensità della forza idrostatica dipende da due quantità:
• Il volume della parte del corpo immersa nell’acqua:
• La densità del liquido in cui il corpo è immerso
Pertanto la spinta di Archimede si calcola moltiplicando il peso specifico del liquido(ps)
per il volume del corpo immerso
SA = ps x Vc
Una conseguenza importante è che più un liquido è denso, più è facile galleggiarvi.
Quando ps (corpo) > ps (liquido, Fp (corpo) > SA e il corpo affonda
Quando ps (corpo) < ps (liquido, Fp (corpo) < SA e il corpo galleggia
Quando ps (corpo) = ps (liquido, Fp (corpo) = SA e il corpo resta sospeso in equilibrio
Verifica
1)Cancella i termini sbagliati:
Un corpo appoggiato su un piano orizzontale/verticale è in equilibrio solo se la verticale passante
Per il baricentro cade all’interno/all’esterno della base d’appoggio
2) Metti accanto ad ogni definizione il simbolo che indica a che genere appartiene la leva
1° G 2° G 3° G
……… fulcro a un’estremità dell’asta, potenza all’altra estremità, resistenza in un punto intermedio
……… fulcro a un’estremità dell’asta, resistenza all’altra estremità, potenza in un punto intermedio
………. fulcro al centro, resistenza e potenza alle due estremità
3)Solo uno dei termini è corretto. Scegli quello giusto e usalo per completare l’affermazione
Vicolo- vincolare- vincolo
Tutto ciò che mantiene in equilibrio un corpo si chiama…..
Uguale- maggiore- minore Una leva è svantaggiosa quando ilbraccio della potenza è ……………..
del braccio della resistenza
Talete- Euclide- Archimede Il primo a scoprire perché i corpi galleggiano fu……….
4) Inserisci al posto giusto i seguenti termini: affonda- sta a galla- è in equilibrio indifferente
Il peso del corpo è uguale alla spinta di Archimede
Il peso del corpo è minore della spinta di Archimede
Il peso del corpo è maggiore della spinta di Archimede
Collega con una freccia ciascun termine con la rispettiva definizione
A)Leva
B)Baricentro
C)Forza
D)Equilibrio indifferente
E)Braccio di potenza
F) Resistenza
1) Distanza tra fulcro e forza motrice
2)stato di un corpo che, spostato, non ritorna più nella
posizione iniziale
3)Macchina semplice costituita da un’asta girevole attorno
a un punto
4)causa che determina l’accelerazione di un corpo di massa m
5)punto di applicazione della forza di gravità
6) forza che si oppone alla potenza
6)Aggiungi sotto ogni figura i seguenti termini : equilibrio stabile- equilibrio instabile – equilibrio
Indifferente
7)Sottolinea la formula esatta esatta:
La spinta di Archimede si calcola:
a) SA = ps x Vc
b) SA = ps / Vc
c) SA = Vc /ps
Controlla le tue risposte e assegna 1 punto ad ogni risposta esatta
1)Un corpo appoggiato su un piano orizzontale è in equilibrio solo se la verticale passante
per il baricentro cade all’interno della base d’appoggio
2) 2° G : fulcro a un’estremità dell’asta, potenza all’altra estremità, resistenza in un punto intermedio
3° G: fulcro a un’estremità dell’asta, resistenza all’altra estremità, potenza in un punto intermedio
1° G :fulcro al centro, resistenza e potenza alle due estremità
3)Tutto ciò che mantiene in equilibrio un corpo si chiama vincolo
Una leva è svantaggiosa quando il braccio della potenza è minore del braccio della resistenza
Il primo a scoprire perché i corpi galleggiano fu Archimede
4) Il peso del corpo è uguale alla spinta di Archimede
è in equilibrio indifferente
Il peso del corpo è minore della spinta di Archimede
sta a galla
Il peso del corpo è maggiore della spinta di Archimede affonda
5) A) Leva
Definizione 3
B) Baricentro
Definizione 5
C) Forza
Definizione 4
D)Equilibrio indifferente
Definizione 2
E)Braccio di potenza
Definizione 1
F) Resistenza
Definizione 6
6) a) stabile b) instabile c) indifferente
7) SA = ps x Vc
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