Le forze. La forza è una grandezza fisica che descrive l interazione tra due corpi o sistemi.

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1 LE FORZE

2 Le forze 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.

3 Una forza cambia la velocità 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.

4 Una forza è una grandezza vettoriale Per definire completamente una forza bisogna specificarne: l intensità (o modulo); la direzione; il verso. Quando su un corpo agiscono più forze, la forza totale è data dalla loro somma vettoriale. La forza totale a cui è soggetto un corpo è detta forza risultante.

5 Il dinamometro 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.

6 Il newton Nel Sistema Internazionale l unità di misura della forza è chiamata newton (N). Un newton è l intensità della forza-peso con cui la Terra attrae un corpo di massa 102 g posto sulla sua superficie. Tarare un dinamometro significa mettere in corrispondenza ogni allungamento della molla con l intensità della forza che lo provoca.

7 La forza-peso 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. La forza-peso che agisce su un corpo può cambiare da un posto a un altro. Esempio: salendo rispetto al livello del mare, la forzapeso diminuisce: a una quota di m è inferiore del 3 per mille rispetto al livello del mare.

8 La massa La massa è una caratteristica del corpo. è una grandezza scalare; è misurata con la bilancia a bracci uguali. La massa di un corpo è sempre la stessa dappertutto. Esempio: a una quota di m la bilancia a bracci uguali misura esattamente lo stesso valore che indica al suolo.

9 direzione verticale; Relazione tra forza-peso e massa Esiste tuttavia una relazione tra forza-peso e massa:! in un dato luogo la forza-peso F p è direttamente proporzionale alla massa m. Il vettore! F p ha: verso che va dall alto in basso; modulo espresso dalla formula:

10 Il valore di g sulla Terra Dalla formula del modulo della forza-peso e dalla definizione del newton si ricava: F 1,00 N N g = p = = 9,80 m 0,102 kg kg Poiché il valore di g varia da luogo a luogo normalmente si usano solo due cifre significative: g = 9,8 N/kg 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: m F p = = g F p 9,8 N/kg

11 La forza elastica Una molla allungata o compressa tende a tornare alla sua lunghezza originaria, detta lunghezza a riposo. La forza che una molla allungata o compressa esercita su qualunque corpo a contatto con una sua estremità è chiamata forza elastica. I dati sperimentali mostrano che i valori della forza e i corrispondenti valori dell allungamento della molla sono direttamente proporzionali.

12 La legge di Hooke Il comportamento di una molla è descritto dalla legge di Hooke: La formula dice che: la relazione tra i moduli esprime la proporzionalità tra F e x mediante la costante k che è caratteristica di ogni molla (più k è grande, più la molla è rigida).

13 Le forze di attrito 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).

14 In particolare, si definisce: La forza di attrito radente 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. 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.

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16 Modulo massimo dell attrito statico L esperienza dimostra che l intensità massima della forza di attrito statico è data dalla formula: Dove: µs 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.

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18 Sintesi forze di attrito statico/dinamico 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 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.

19 Coefficienti di attrito 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.