Cosa è una forza?
• Noi siamo continuamente sottoposti a
delle forze prima fra tutti la forza di
gravità
• La sua azione è quella di tenerci incollati al
suolo
• Agiscono forze quando schiacciamo una
bottiglia, tiriamo calci ad un pallone, un
portiere ferma una palla
• Vediamo cosa succede negli esempi citati
• Un bottiglia era indeformata ma poi una
forza schiacciandola ne ho modificato la
forma
• Una pallone era fermo e poi si e messo in
movimento
• Un pallone era in movimento e poi si è
fermato
• Il pallone era in movimento ma con un
calcio ha cambiato direzione
• In ogni caso qualcosa è stata modificata
Definizione di forza
• Effetto dinamico (parte della meccanica
relativa allo studio del moto dei corpi,
considerato nei suoi rapporti con le forze
che lo producono) della forza: definiamo
forza qualsiasi cosa in grado di
modificare lo stato di quiete o di
moto rettilineo uniforme di un corpo
Definizione di forza
• Effetto statico (parte della meccanica che
studia le condizioni dl equilibrio dei corpi
cioè dei corpi fermi) definiamo forza
qualsiasi azione che deforma i corpi
vincolati (legato, obbligato)
Caratteristiche della forza
• Se le forze sono legate alla variazione del
moto di un corpo ci fa subito pensare che
esse siano delle grandezze vettoriali
• Esse hanno:
• Un intensità o modulo (valore)
• Punto di applicazione dove viene
applicata)
• Direzione (la retta su cui agisce la forza)
• Verso (una delle possibili direzioni della
forza)
• La forza è dunque una grandezza
vettoriale
• Essa si rappresenta nella seguente
maniera
direzione
F
P
Punto di
applicazione
Intensità
(lunghezza del
vettore)
verso
Retta su cui
giace il vettore
Dinamometro
• Il termine deriva da dina e metro
• La dina è una vecchia unità di misura della
forza e metro significa misura
• Perciò il dinamometro è uno strumento
per misurare la forza
• Il più semplice dinamometro è quello a
molla in cui la forza viene misurata in base
all’allungamento subito dalla molla
La dina d
• Nel vecchio sistema CGS grammo-
centimetro-secondo l’unità di misura della
forza era la dina
• Definiamo dina la forza continua e
costante che imprime l'accelerazione
di 1 cm al secondo per secondo
all'unità di massa (il grammo)
Il newton N
• Il newton è l’unità di misura della
forza nel sistema internazionale essa
corrisponde a quella forza che
applicata alla massa di un
“kilogrammo” gli imprime
un’accelerazione di un metro al
secondo per ogni secondo
Il Kilogrammo-forza Kgf
• Nel sistema pratico definiamo kilogrammoforza il peso di un corpo della massa di un
kilo
• 1 Kgf = 9,8 N
La composizione delle forze
• Abbiamo fatto esempi di azione di una
sola forza, non è detto che più forze
possano agire contemporaneamente su
uno stesso corpo
• In questo caso il corpo si comporta come
se su di esso agisse una sola forza (forza
risultante) che tiene conto dell’azione di
tutte le forze
Forze che hanno la stessa direzione
e verso e punto di applicazione
• Si ha questo caso quando due o più
persone spingono una macchina o una
muta di cani trascina una slitta
• La forza risultante avrà la stessa direzione
e verso delle forze applicare e il modulo
sarà dato dalla somma algebrica dei
singoli moduli
F1
F2
F1
F2
R = F1 + F2
Forze che hanno stesso punto di
applicazione e direzione ma verso contrario
• È il classico esempio del tiro alla fune
• Il centro della corda si sposta nel verso
dove la risultante delle forze agenti ha
valore maggiore
• La risultante delle due forze, in questo
caso, ha la stessa direzione delle forze
agenti, il verso della forza avente modulo
maggiore e modulo pari alla differenza dei
F1
moduli delle forze
F2
F1
R = F1 + F2
F2
Forze che hanno lo stesso punto di
applicazione e direzioni diverse
• Si ha questa situazione quando due
rimorchiatori trascinano una nave fuori dal
porto
• In questo caso si applica la regola del
parallelogrammo
• Si costruisce un parallelogramma con le
forze applicate sul punto
• La forza risultante è la diagonale del
parallelogramma che parte dal punto di
applicazione delle due forze e termina sul
vertice opposto
F1
R = F1 + F2
p
F1
F2
F2
p
Supponiamo che le forze applicate al
corpo siano più di due
Forza e vettori
F3
F1
P
R
F2
Per risolvere questo problema basta considerare la
seguente proprietà dei vettori
Un vettore rimane uguale se lo sposto parallelamente a se
stesso
Prendo le forze e le sposto facendo coincidere l’inizio
del vettore successivo con la fine del precedente
La risultante R delle forze è quella forza che
unisce l’inizio della prima forza con la fine
dell’ultima forza
F3
F1
P F4
F2
F4
F3
F2
Consideriamo questa situazione
Facciamo la stessa operazione che abbiamo fatto in
precedenza e vediamo cosa succede
Le forze partono dal punto P con l’inizio di F1 e alla
fine vi ritornano con l’estremo di F4
Questo significa che la risultante delle forze R = F1
+ F2 + F3 + F4 = 0 in pratica è come se sul corpo
non agisse alcuna forza
Se le forze non agiscono…..
• Su un corpo libero di muoversi una forza
causa un cambiamento
• Quando questa forza non c’è (o come nel
caso precedente la risultante delle forze è
zero) il cambiamento non si verifica
• Se è fermo rimane fermo e su questo tutti
siamo d’accordo
Ma se è il moto cosa succede?
Supponiamo di avere un corpo che si muove con
velocità V e su di esso non agiscono forze
V
C’è qualcosa che può modificare
la velocità?
Se solo le forze possono cambiare lo stato di moto
di un corpo se non ci sono o se la loro risultante è
zero bisogna rassegnarsi all’evidenza
Il corpo ne può cambiare la sua velocità
ne può fermarsi!!
Dinamica
• La dinamica è la parte della
fisica che studia il moto in
relazione alle forze che lo
causano
• Questa parte della fisica è stata formalizzata
(tradotta in termini matematici) da Newton
• La dinamica newtoniana si
•
basa su tre principi che sono
alla base di tutte le nostre
conoscenze sia terrestri che
celesti
Se Copernico, Galileo e Keplero
hanno messo in moto la Terra,
Newton ha spiegato il perché
ciò avviene
• In assenza di forze un corpo
permane nel suo stato di quiete o
di moto rettilineo uniforme
• Per mutare lo stato di un corpo occorre
l’azione di una forza
• Questo principio era stato già intuito da
Galileo ma lo riferiva al moto circolare
uniforme, moto che egli riteneva
perfetto
• l principio di relatività galileiana in realtà
era già
conosciuto da Dante Alighieri, il quale nel XVII
canto dell'Inferno descrive se stesso sulla groppa
di Gerione. intento a scendere in volo dal VII
all'VIII girone, e dichiara di non accorgersi del
moto della creatura infernale se non per l’effetto
dell’aria
• « Ella sen va notando lenta lenta;
rota e discende, ma non me n'accorgo
se non che al viso e di sotto mi venta » (XVII, 115-117)
• In altre parole, Dante sente un soffio d'aria
sul viso, ma intuisce che a muoversi non è
l'aria, bensì Gerione!
• L’effetto del primo principio si fa sentire in
ogni situazione in cui una forza agisce
• Se la velocità diminuisce si sente una
spinta in avanti perché l’auto può passare
da 90 Km/h a 40 Km/h ma i passeggeri
tendono a mantenere la velocità di 90
Km/h
• Il contrario se la macchina si mette in
moto
• Abbiamo visto che se non agisce alcuna forza il
corpo in moto continua a muoversi con velocità
costante
• Ma l’esperienza ci dice che se lancio un oggetto
questo prima o poi si ferma perché? Cosa deve
succedere?
• Se il corpo si ferma deve agire una forza che
prima lo rallenta e poi lo ferma
• Altra caratteristica che deve avere questa forza è
che essa agisce solo sui corpi in movimento
altrimenti si dovrebbe verificare che il corpo, un
volte che si è fermato, inverta il movimento
come succede se lancio una palla verso l’alto
• Ad una forza che si comporta in questo modo noi
diamo il nome di attrito
• Faccia un esperimento mentale, immaginiamo di
lanciare un palla, con la stessa forza, su una
superficie sterrata, sull’asfalto e su una superficie
ghiacciata
• Percorrono la stessa distanza?
• Che cosa ne possiamo concludere?
• La distanza percorsa dipende dal tipo la forza
che si genera e che dipende dal tipo di superficie
e dal contatto fra il corpo in movimento e la
superficie su cui scorre
Dipende dal materiale di cui sono composte
le due superfici e dalla pressione che si esercita
fra di esse.
È l’attrito che si
genera quando un
corpo si muove
all’intero di un
fluido
Uccello che vola,
pesce che si muove
nell’acqua
Si ha attrito radente
quando un corpo
solido scivola sopra
un altro corpo
solido
Slitta sulla neve,
muovere un tavolo
sul pavimento
È l’attrito che si
genera quando un
corpo rotola sopra un
altro
Palla che rotola su
una superficie,
correre con i pattini
Senza attrito, un ciclista
non riuscirebbe ad andare
in bicicletta, sarebbe come
pedalare sul ghiaccio
L’attrito permette alle
ruote di un’automobile
di avere aderenza
sull’asfalto: ciò le
consente di frenare, ma
anche di partire
L’attrito tra le suole delle
nostre scarpe e il suolo
ci permette di
camminare.
Anche il paracadute
non funzionerebbe se
non ci fosse l’attrito
dell’aria
Secondo Principio della dinamica
• Abbiamo detto che per mutare lo stato di
un corpo occorre una forza
• Ma cosa succede se applico una forza?
• 1 Supponiamo di spingere un carrello di
un supermercato fermo e vuoto cosa fa?
• 2 Se eserciti la stessa spinta su un carrello
pieno anch’esso fermo cosa succede?
• 3 Se spingi con tutte le tue forze un
carrello fermo e vuoto cosa succede
rispetto al caso 1?
• Se do la spinta a un carrello vuoto e a un
carrello pieno si può notare che il carrello
vuoto si muove con una velocità maggiore
• Carrello pieno e vuoto significa che il
primo ha una massa maggiore
• Se applico la stessa forza ad una massa
maggiore ottengo un’accelerazione minore
si quella che otterrei se la applicassi ad un
corpo di massa più piccola
• A parità di forza massa e accelerazione
sono inversamente proporzionali
• Se ho due corpi della stessa massa, una
spinta maggiore produce un’accelerazione
maggiore
• A parità di massa forza e accelerazione
sono direttamente proporzionali
Enunciato del secondo principio
In formule ……
Allora il
newton è
Terzo Principio della dinamica
• Cosa hanno in comune un razzo, un libro
poggiato su un tavolo e l’azione del
R
camminare?
P
• Molto semplice
in tutti i casi abbiamo
due
R
forze uguali e contrarie applicate nello
stesso punto
F
R1
F1