Concetto di forza. 1) Principio d inerzia

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1 LA FORZA Concetto di forza Pi Principi ii dll della Dinamica: i 1) Principio d inerzia 2) F=ma 3) Principio di azione e reazione Forza gravitazionale i e forza peso Accelerazione di gravità Massa, peso, densità pag.1

2 Il movimento: m dal come al perché Per mettere in moto un corpo fermo Per fermare un corpo in moto Per variare un moto bisogna intervenire i dall esterno Variazione di moto Causa esterna Solo l intervento di una causa esterna può far iniziare un moto far cessare un moto far variare un moto (variando la velocità) Una causa esterna non può essere altro che una interazione con un altro corpo es. interaz. a contatto sforzo muscolare, attrito, ecc. interaz. a distanza gravità, attraz.magnetica, ecc. pag.2

3 Cos è una forza? Forza = qualunque unqu causa esterna che produce una variazione dello stato di moto o di quiete di un corpo Alcuni fatti sperimentali dall esperienza quotidiana: Con una forza muscolare si riesce a spostare un corpo leggero ma non un corpo troppo pesante. Per rallentare un corpo in moto bisogna trattenerlo a forza o farlo muovere su una superficie ruvida. Una superficie riesce a sostenere un corpo pesante se è molto solida e se il peso è ben distribuito su di essa. Se un corpo viene tirato o spinto da parti opposte può deformarsi, rompersi o muoversi in una delle due direzioni a seconda del materiale di cui è composto e della forza trainante. 3 principi Dinamica pag.3

4 1) Principio d inerzia In assenza di forze esterne, un corpo mantiene il suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme Un corpo naturalmente è fermo o si sta muovendo di moto rettilineo uniforme ( v = costante) Questo non è intuitivo! Esperienza: un corpo in moto dopo un po si ferma. Ma sulla Terra nessun corpo è isolato: c è sempre attrito. Riducendo l attrito si prolunga il moto. Se non ci fosse attrito il moto continuerebbe all infinito. No forza No variazione i stato di moto No variazione di velocità No accelerazione Quiete o moto rettilineo uniforme pag.4

5 2) F=ma Forza e accelerazione sono grandezze vettoriali direttamente proporzionali. p Il loro rapporto è la massa, costante dipendente dal corpo in esame. F = m a equazione fondamentale della Dinamica F/a = costante MASSA dipendente dal tipo (natura, forma, dimensioni) di corpo PROPRIETA INTRINSECA DEL CORPO GRANDEZZA SCALARE FONDAMENTALE Kg (SI), g (cgs) pag.5

6 3) Principio di azione e reazione Se un corpo A esercita una forza su un corpo B, a sua volta B esercita su A una forza uguale e contraria. Esempi quotidiani: - sostegno pavimento/sedia - spinta all indietro - rinculo - camminare, correre - mezzi di trasporto F AB = - F BA g p / F AB F BA pag.6

7 Newton e dina forza = massa accelerazione F= ma N SI: Newton 1 N = 1 kg 1 m/s cgs: dina 1 dina = 1 g 1 cm/s 2 1 N = forza che, applicata a un corpo di massa 1 kg, produce un accelerazione di 1 m/s 2 1 dina = forza che, applicata a un corpo di massa 1 g, produce un accelerazione di 1 cm/s 2 1 N = 1 kg 1 m/s 2 = 10 3 g 10 2 cm/s 2 = 10 5 dine 1 dina = 1g 1cm/s 2 = 10-3 kg 10-2 m/s 2 = 10-5 N pag.7

8 Forza gravitazionale Tra due corpi di massa m 1 e m 2, posti a distanza r, si esercita sempre non solo sulla Terra! una forza di attrazione m 1 r -diretta lungo la congiungente tra i due corpi -proporzionale alle due masse -inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza m 2 LEGGE DI GRAVITAZIONE UNIVERSALE F=- Gm 1 m 2 attrazione 2 r G = N m 2 /kg 2 costante r 2 r di gravitazione universale... troppo piccola per essere osservata tra corpi normali... pag.8

9 Accelerazione digravità Quanto vale la forza gravitazionale tra la Terra e un corpo di massa m= 1 kg posto alla superficie della Terra? m Dati Terra: M = kg, R = m F = G mm r = = ( Nm kg ) ( 1kg) ( kg) 6 2 ( m) N F = G M r 2 m g = 9.8 m/s 2 F M R Risultato: 9.8 N nelle vicinanze della superficie della Terra F = mg forza peso g è un accelerazione! pag.9

10 Forza peso L atmosfera terrestre regione di spazio vicina alla superficie della Terra è sede di un campo di forza gravitazionale: r n l ogni corpo di massa m che si trova in quella regione risente di una forza peso diretta verticalmente verso il basso. F = mg = p modulo direzione verso p = m g verticale basso MOTO DI CADUTA sempre uniformemente accelerato con accelerazione g = 9.8 m/s 2 h forza peso linee di forza p 90 v = g t h = ½ g t 2 Tempo di arrivo al suolo: t = 2h/g Velocità di arrivo al suolo: v= 2gh suolo pag.10

11 Massa, peso, densità MASSA PESO m kg p = mg N grandezza fondamentale proprietà intrinseca i dei corpi forza con cui ogni corpo dotato di massa viene attirato dalla Terra Cosa misura la bilancia pesapersone p? peso, ma espressa in un unità di misura pratica: kg peso = kg massa 9.8 m/s 2 = 9.8 N DENSITA densità = massa volume relazione tra massa e dimensioni dei corpi utile soprattutto (ma non solo) per liquidi e gas massa d= m/v kg/m 3 Def. simile a concentrazione v. Chimica ma riferita alla stessa sostanza pag.11

12 Misure Msur didensità d= m/v kg/m 3 g/cm 3 kg/l g/l Densità dell acqua: 1 g/cm 3 = (10-3 kg)/(10-6 m 3 ) = 10 3 kg/m 3 = (10-3 kg)/(10-3 dm 3 ) = (10-3 kg)/(10-3 l) = 1 kg/l = (1 g)/(10-3 dm 3 ) = (1 g)/(10-3 l) = 10 3 g/l (Ricorda: 1 l d acqua ha massa di 1 kg, 1 cm 3 ha massa di 1 g!)... e altri multipli e sottomultipli... Equivalenze con densità (di uso comune in Medicina): 1 mg/dl = (10-3 g)/(10-1 dm 3 ) = (10-3 g)/(10 2 cm 3 ) = 10-5 g/cm 3 1 μg/mm 3 = (10-6 g)/(10-3 cm 3 ) = 10-3 g/cm 3 ecc... (fantasia!) pag.12