LE FORZE
LE FORZE
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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 Fmg
= =
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.
§ 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:
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).
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.
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
§ 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.
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