Meccanica parte seconda: Perche' i corpi. si muovono? la Dinamica: studio delle Forze

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1 Meccanica parte seconda: Perche' i corpi si muovono? la Dinamica: studio delle Forze

2 Il concetto di forza Le forze sono le cause del moto o meglio della sua variazione Se la velocita' e' costante o nulla il corpo non ha forze applicate Le forze sono una manifestazione dell'interazione tra i corpi stessi. Es. i corpi cadono per effetto della forza di gravita'=>peso e' una forza Un corpo appoggiato su un piano non cade perche' F tot =0 Le forze possono produrre anche deformazione dei corpi problema fondamentale della meccanica: prevedere il moto di un corpo o di un sistema di corpi quando siano note le forze su di esso agenti. le leggi fondamentali della meccanica classica (principi della dinamica) basati sulle osservazioni di Isaac Newton e Galileo Einstein li rivide alla luce della teoria della relativita' (meccanica relativistica)

3 Forze in Natura forze di contatto: si esplicano attraverso un contatto fisico tra corpi (es. spinta di un carrello, calcio un pallone). campi di forza: non c'e' contatto fisico, azione a distanza (es. forza di gravita', forza nucleo-elettroni, calamita-metallo) la distinzione tra forze di contatto e campi di forze non è netta! 4 forze fondamentali in natura: rilevanti specie a livello macroscopico: interazioni gravitazionali=> (caduta gravi, corpi celesti) rilevanti specie a livello macroscopico e microscopico-atomico interazioni elettro-magnetiche rilevanti specie a livello microscopico-nucleare e subnucleare nterazioni deboli e interazioni forti Le teorie attuali prevedono che le 4 forze siano in realta' manifestazione di una sola(unificazione delle forze)

4 corpo (m per v<<c, e' una costante) L unità di misura di F nel SI è il newton (N):1 N = 1 kg x 1 m/s2 [F] = [M] x [L] x [T]-2., definito come la forza che imprime a una massa di un chilogrammo una accelerazione di un metro al secondo per secondo una forza totale nulla produce variazione nulla=> Primo principio della dinamica, o principio di inerzia, di Galileo.Esso afferma che un corpo libero da interazioni, cioè non soggetto a forze, permane indefinitamente nel suo stato di quiete o di moto rettilineo e uniforme, ossia il suo moto

5 Sistemi inerziali e non Sistemi di riferimento inerziali: quelli in cui vale il principio di inerzia, I sistemi di riferimento inerziali si muovono con velocita' relativa costante (in modulo, direzione e verso) uno rispetto all'altro. Un sistema di riferimento collegato con le stelle fisse è un sistema di riferimento inerziale, Sistemi di riferimento NON inerziali: quelli in cui NON vale il principio di inerzia, ossia quelli accelerati visti da un sistema inerziale(giostre, ascensori, auto in curva o accelerate...) Un sistema solidale con la Terra NON è, a rigore, un sistema di riferimento inerziale, poiche' la terra gira. Nello studio di fenomeni di breve durata rispetto alla rotazione terrestre si la terra può considerare un sistema inerziale. Forze apparenti compaiono nei sistemi non inerziali (es. forza centrifuga che bilancia quella centripeta) e non esistono in quelli inerzilali l'inerzia e' ' una sorta di «pigrizia», una specie di «mancanza di volontà» di fare cambiamenti." ( Asimov, fisico,biologo e scrittore russo)

6 Massa e Peso di un corpo Forza gravitazionale (F g ): F=Gm 1 m 2 /r 2. mutua interazione tra corpi dotati di massa (tuttiu corpi tranne i fotoni... per quel che ne sappiamo ). secondo Newton agisce istantaneamente lungo la retta tra i due corpi m 1 e m 2 Inversamente proporzionale quadrato distanza r rappresenta G I costante di gravitazione universale (scalare), Forza di gravità terrestre(caso particolare): agisce su tutti i corpi sulla terra. diretta verso il centro della terra modulo detto peso e pari a P= =GmM T /r c 2 =mg g=(gm T /r c 2 )~9.8 m/s 2 è l accelerazione di gravità. Massa e peso sono due grandezze legate ma diverse! Il peso e' una forza e si misura newton La massa si misura in Kg Strumenti per misurare il peso: dinamometro o bilancia a molla. bilancia a braccio. misure di tipo statico per confronto

7 Forze elastiche Forze elastiche: es. quella dovuta alla deformazione di una molla (es. nel dinamometro) legge di Hooke : F=-kx - forza della molla opposta e proporzionale alla deformazione - valida per allungamenti o contrazioni non troppo grandi - k coefficiente di proporzionalita' caratteristico della molla

8 Le tre leggi di Newton-Galileo sono "assunzioni soggette solo alla verifica empirica!

9 Forze di attrito Forze di attrito: F =η* F N Si manifestano nella zone di contatto tra due superfici origine: interazione microscopica tra gli atomi delle parti in contatto Specifiche per quelle due superfici (η) η=coeff. empirico dipende da materiali, area di contatto, etc Parallele alla zone di contatto Proporzionali alla forza normale F N alla zona di contatto Se F attrito maggiore di spinta corpo non si muove Superfici perfettamente lisce non esistono Se superfici lisce attrito molto ridotto Attrito spesso disturba (ruolo negativo) ma... Attrito fondamentale per tante attivita' : Sarebbe impossibile vivere in un mondo del tutto scivoloso!

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