FISICA: Le Forze. Giancarlo Zancanella (2014)

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1 FISICA: Le Forze Giancarlo Zancanella (2014) 1

2 Cos è una forza 2

3 Il Principio D inerzia Un corpo mantiene inalterato il suo stato di quiete o di moto fino a quando non si gli applica una forza che ne cambia lo stato Una forza è quindi la causa che determina il cambiamento di stato di un corpo: n n Effetto dinamico: il corpo si muove o cambia il suo moto Effetto statico: se i corpo è sottoposto a vincoli, si deforma 3

4 2 Forze e Vettori Gli elementi che caratterizzano una forza sono: n Il punto di applicazione (dove si applica) n L intensità (quanta forza) n La direzione n Il verso Effetto INTERMEDIO Effetto MAX Effetto NULLO 4

5 Forze e vettori Le forze sono grandezze vettoriali, per descriverle si utilizzano i vettori (segmenti orientati) 1. Lunghezza (Intensità) 2. Origine (Punto di applicazione) 3. Retta (Direzione) 1 4. Freccia (Verso)

6 2.1 Le operazioni con i vettori Le operazioni tra i vettori seguono regole particolari Sommare due vettori significa trovare la loro RISULTANTE considerate due forze uguali, ma di verso contrario, la loro risultante è zero F1 F2 6

7 2.1 Le operazioni con i vettori se una delle due forze prevale, la risultante è una forza che agisce nel senso di quella più forte Somma di due forze con stessa direzione e verso Somma di due forze con stessa direzione e verso opposto F2 F1 F1 F2 F3 = F1 + F2 F3 = F1 + F2 7

8 2.2 La regola del parallelogramma se le due forze hanno diversa direzione, la risultante è la DIAGONALE del parallelogramma ottenuto con le due forze F1 F2 F3 = F1 + F2 8

9 2.3 La regola del poligono se le forze sono molte la RISULTANTE si ottiene unendo l origine della prima con l estremo dell ultima. F5 F6 = F1 + F2 + + F5 F4 F1 F2 F3 9

10 3 La forza peso o di gravità La fisica considera la massa e la forza peso come due grandezze diverse Massa n misura la quantità di materia contenuta in un corpo n Nel S.I. si misura in KG Forza peso n È l effetto prodotto sulla massa dalla presenza di un campo gravitazionale 10

11 Il fenomeno delle Maree L'alta marea è più marcata, quando il Sole e la Luna sono allineati le forze attrattive dei due astri, si sommano, provocando un maggior innalzamento del livello del mare 11

12 Mont Saint Michel (Francia) 12

13 3 La forza peso o di gravità Forza peso n È dovuta all attrazione che la grande massa della Terra esercita sulla massa di ogni corpo w Aumenta all aumentare delle masse e diminuisce all aumentare della distanza Fp = m * g m =Fp : 9,8 m = massa del corpo in kg g = 9,8 (costante di gravità terrestre) Unità di misura delle Forze è il Newton (N) Se m = 1kg à Fp = m*g = 1 * 9,8 = 9,8 N 1N = 1/10 (circa) della Fp che agisce su una massa di 1kg 13

14 3 La forza peso o di gravità Esercizi: n Determinare la forza peso che agisce su un corpo con una massa di 5 kg. n Determinare la massa di un corpo che è sottoposto ad una forza peso di 49 N. 14

15 4 La forza elastica Un corpo si dice elastico quando riprende la sua forma iniziale al cessare di una forza applicata n Es: una molla disposta in verticale a cui vengono applicati dei cilindretti di ugual peso L allungamento della molla (x) dipende dalla sua elasticità (k) e dal peso dei cilindretti Legge di HOOKE F = k * x k= F : x Al crescere di (k) è necessaria una forza maggiore per ottenere lo stesso allungamento 15

16 4 La forza elastica Il carico di rottura n Il comportamento di una molla non è sempre elastico. n Se la forza applicata continua ad aumentare, prima o poi si raggiunge il limite di elasticità, w oltre al quale la molla si snerva, deformandosi in maniera permanente, w fino a d arrivare alla rottura 16

17 4 La forza elastica Esercizi n Una molla elastica si allunga di 5,8 cm quando ad essa è applicata una massa di 296 g. Quanto vale la sua costante elastica? n Che forza occorre per allungare una molla di 9 cm. La cui costante elastica k=20 N/cm? n Una molla sottoposta ad una forza di 6,2 N si allunga di 23 cm. Una seconda molla sottoposta ad una forza di 2,7 N si allunga si 8 cm. Quale delle due molle è più rigida? 17

18 4 Il Dinamometro IL Dinamometro è uno strumento formato da una molla elastica, i cui allungamenti vengono misurati su una scala di misura Dagli allungamenti si deduce l intensità della forza applicata n n Si ha lo zero sulla scala quando non c è nessuna forza applicata La scala è tarata applicando alla molla delle forze peso note con precisione 18

19 5 - La forza d attrito L'attrito (o forza d'attrito) è una forza che si esercita tra due superfici a contatto tra loro e si oppone al loro moto. L attrito svolge funzioni indispensabili Quando crea problemi è necessario ridurlo attraverso l utilizzo di lubrificanti. 19

20 5 - La forza d attrito La forza d'attrito che si manifesta: n n tra superfici in quiete tra loro è detta di attrito statico tra superfici in moto relativo si parla invece di attrito dinamico. Esistono tre diversi tipi di attrito: n n n attrito radente: dovuto allo strisciamento, che avviene su superfici piane; attrito volvente: dovuto al rotolamento, che avviene su superfici curve; attrito viscoso: relativo a un corpo immerso in un fluido 20

21 5.1 Attrito Radente L'attrito radente o di strisciamento si ha quando due masse sono a contatto su superfici piane e in moto relativo fra loro. Formula: F a = k * F p Forza Attrito Forza Peso k = coefficiente di attrito statico F p = Forza Peso 21

22 5.1 Attrito Radente Coefficienti di attrito radente Natura dei corpi Metallo sopra metallo Legno sopra legno Metallo sopra legno Cuoio sopra legno o sopra metallo Corda sopra legno o sopra metallo Stati delle superfici (supposte lisce) secche bagnate lubrificate secche bagnate unte secche bagnate unte secche unte secche unte Coefficienti di attrito massimo medio minimo 0,30 0,20 0,15-0,30-0,13 0,07 0,05 0,50-0,16 0,60-0,16 0,60 0,30 0,50 0,40 0,36 0,25 0,11 0,40 0,24 0,10 0,40 0,25 0,40 0,35 0,25-0,06 0,20-0,06 0,25 0,20 0,30 0,30 Caucciù su legno o metallo secche 0,80 0,60 0,50 Metallo su pietra secche 0,50 0,45 0,30 Legno su pietra secche 0,60 0,50 0,30 Materiali da muro fra loro secche 0,78 0,75 0,65 Muro sul terreno di posa secche 0,60 0,50 0,30

23 5.1 Attrito Volvente L'attrito volvente si presenta quando un corpo cilindrico o una ruota rotola senza strisciare su una determinata superficie. Il rotolamento è reso possibile dalla presenza di attrito radente tra la ruota e il terreno; Se questo attrito non ci fosse, o fosse minimo (come nel caso di un terreno ghiacciato), una ruota striscerebbe senza riuscire a rotolare. 23

24 5.1 Attrito Viscoso Quando un corpo si muove all'interno di un fluido (liquido o gas) è soggetto ad una forza di attrito dovuta all'interazione del corpo con le molecole del fluido 24