La Dinamica. Principi fondamentali. Le Forze. Lezione 4

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Renata Giuliani
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1 La Dinamica. Principi fondamentali. Le Forze. Lezione 4

2 Dinamica La Dinamica studia il movimento indagandone le cause, ovvero considera quali sono le cause che determinano qualche effetto sul movimento. La Dinamica introduce 3 leggi o principi fondamentali (sulla base di celebri esperienze di Galilei e Newton).

4 Concetto di Forza Il concetto di forza è legato a quello di sforzo muscolare. La forza è la causa del moto, nel senso che determina una variazione delle caratteristiche del moto del corpo su cui agisce. L esperienza mostra che l effetto direttamente provocato da una forza è una variazione di velocità del corpo, ovvero una sua accelerazione.

5 E se il corpo non si può muovere? La forza si può pensare come quella causa che fa passare dalla quiete al moto (se il moto è effettivamente possibile!), ovvero che produce deformazioni su un corpo vincolato. Esempi: forza peso, la forza elettrica, la forza magnetica, la forza elastica etc.

6 Misura della Forza Perchè l'idea dello sforzo muscolare? Per mantenere in quiete un corpo soggetto al suo peso lo si può sorreggere con la mano, sperimentando così lo sforzo muscolare. Se si poggia il corpo su un tavolo, lo sforzo lo compie il tavolo rispondendo alla sollecitazione (reazione del vincolo), ovvero deformandosi. In principio, dall'entità di queste deformazioni si può risalire al valore della forza. Di fatto, per la misura (statica) di una forza si valuta l'allungamento da essa prodotto su una molla. Uno strumento tarato basato su questo principio si chiama dinamometro.

7 La Forza come grandezza vettoriale Le forze sono grandezze vettoriali e si sommano secondo la regola del parallelogramma. Esempio: pensate di spingere o tirare un corpo poggiato su un tavolo, con lo stesso sforzo muscolare ma in direzioni diverse: gli effetti saranno chiaramente diversi per cui le forze hanno necessariamente una natura vettoriale. La verifica sperimentale di questo si può poi effettivamente fare con un sistema di pesi e di carrucole. Esempio: corpo su un piano inclinato in equilibrio sotto l'azione di una opportuna forza esterna (equilibrante).

8 I principi della dinamica: I Principio d'inerzia: Un corpo persevera nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme finché non intervengono cause esterne.

12 I principi della dinamica: II Seconda legge fondamentale della dinamica: Un corpo soggetto all'azione di una forza F acquista una accelerazione proporzionale ad essa. La costante di proporzionalità nella relazione F=ma è la massa del corpo ovvero una sua caratteristica geometrica e fisica. Nel S.I. l'unità di misura della forza è derivata e si chiama il Newton. Le dimensioni fisiche della forza sono: [F]=[M L T -2 ].

17 Esempio

18 I principi della dinamica: III Principio di azione e reazione Per un sistema isolato (ovvero in assenza di forze esterne) ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria.

21 Quantità di moto

22 Massa inerziale e massa gravitazionale La massa inerziale di un corpo è stata introdotta nel 2 principio come quella proprietà che hanno i corpi di opporsi alle variazioni del loro stato di quiete o di moto rettilineo uniforme. Esempio: quando spingiamo un libro su un tavolo la massa inerziale del libro è una misura della sua inerzia, ovvero dello sforzo che occorre fare per imprimere al corpo una certa accelerazione. Quando invece sosteniamo in mano un libro, di fatto gli applichiamo una forza che bilanci la forza di gravità. In questo caso l'inerzia del corpo non entra affatto: entra la sua massa gravitazionale. E' un fatto sperimentale che massa inerziale e gravitazionale sia equivalenti.

23 Le forze fondamentali La dinamica parla di forze precisandone solo gli effetti che queste provocano sul moto dei corpi. Le forze presenti in natura, nonostante possano sembrare numerosissime e di natura diversa, sono tutte riconducibili a 4 interazioni fondamentali: gravitazionale, elettromagnetica, forte e debole

24 Interazione gravitazionale Si manifesta tra tutti i corpi materiali. E sempre attrattiva. E responsabile dell assetto attuale dell universo.

25 Interazione elettromagnetica Si manifesta tra tutti i corpi dotati di carica elettrica. E attrattiva o repulsiva. E responsabile della configurazione attuale della materia, al livello di atomi e molecole.

26 Interazione forte Lega i costituenti del nucleo. Due protoni essendo carichi ed a distanze dell ordine di m dovrebbero respingersi elettromagneticamente con una forza molto intensa mentre invece restano legati nei nuclei perché l interazione che li lega NON è quella elettromagnetica! E a corto range. Ad essa è associata l energia nucleare.

27 Interazione debole E responsabile del decadimento beta dei nuclei (processo per cui un neutrone si trasforma in un protone con emissione di un elettrone e di un antineutrino). E fondamentale per la stabilità nucleare.

28 Forze Attive e Passive Le interazioni fondamentali sopra viste sono tutte associate con delle forze attive cioè che si manifestano tra i vari corpi in virtù di certe proprietà che questi possiedono (esempio: massa, carica elettrica ). Sono dette invece passive le reazioni vincolari e le forze d attrito. Queste ultime si manifestano in generale nel contatto tra i corpi e non hanno nessuna azione a distanza.

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