forza e moto - capitolo 5 e 6 - hrw1 forze il termine forza nel senso comune indica una trazione od...
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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
Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 2
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
Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 3
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 e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 4
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
Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 5
Esempio:
Caduta libera
Calcolare posizione, velocità ed accelerazione di un corpo di massa M in caduta libera dopo 1,2,3,4,5 secondi
Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 6
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 e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 7
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 e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 8
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 ?
Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 9
N
30°Fg
Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 10
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
Il corpo rimane fermo.
Ora F = Fk
Il corpo rimane fermo.
Se F > Fk il corpo acquisisce una accelerazione a .
Fk = k Nk < 1 k dipende dal materiale k
Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 11
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
Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 12
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 e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 13
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 e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 14
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 e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 15
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
Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 16
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
Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 17
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
Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 18
Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW 19
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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