4 FORZE FONDAMENTALI

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Aloisio Giordano
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1 FORZA 4!

2 QUANTE FORZE? IN NATURA POSSONO ESSERE OSSERVATE TANTE TIPOLOGIE DI FORZE DIVERSE: GRAVITA' O PESO, LA FORZA CHE SI ESERCITA TRA DUE MAGNETI O TRA DUE CORPI CARICHI, LA FORZA DEL VENTO O DELL'ACQUA IN MOVIMENTO... Filmato PSSC DOPO AVER STUDIATO LE CARATTERISTICHE GENERALI DELLE FORZE, CI OCCUPIAMO ORA DI STUDIARE IN DETTAGLIO ALCUNE DI QUESTE FORZE.

LA FORZA CHE SI ESERCITA TRA DUE MAGNETI O TRA DUE CORPI CARICHI, LA FORZA DEL VENTO O

3 4 FORZE FONDAMENTALI DOPO GLI STUDI DEGLI ULTIMI DECENNI, I FISICI SI SONO CONVINTI CHE TUTTE LE FORZE OSSERVABILI IN NATURA SI RICONDUCONO A SOLE 4 TIPOLOGIE FONDAMENTALI: (1) GRAVITAZIONALE (2) ELETTROMAGNETICA (3) NUCLEARE DEBOLE (4) NUCLEARE FORTE UN'IMPORTANTE CARATTERISTICA COMUNE A TUTTE E' CHE SI TRATTA DI FORZE CHE AGISCONO A DISTANZA.

FONDAMENTALI: (1) GRAVITAZIONALE (2) ELETTROMAGNETICA (3) NUCLEARE DEBOLE (4) NUCLEARE

4 FORZA PESO COME ABBIAMO GIA' DETTO, LA FORZA PESO E' LA FORZA CON CUI UN PIANETA CI ATTRAE VERSO IL SUO CENTRO. DATO UN CORPO DI MASSA m, LA FORZA PESO E' UN VETTORE DIRETTO VERSO IL CENTRO DEL PIANETA, CON INTENSITA' DATA DALLA LEGGE: F =m g DOVE g E' L'ACCELERAZIONE DI GRAVITA'.

DATO UN CORPO DI MASSA m, LA FORZA PESO E' UN VETTORE DIRETTO VERSO IL

5 g COME GRAVITA' IL VALORE DI g DIPENDE DALLA MASSA DEL PIANETA E DALLA DISTANZA R DEL CORPO ATTRATTO DAL CENTRO DEL PIANETA. SULLA TERRA g VALE CIRCA 9,81 m/s², CON PICCOLISSIME VARIAZIONI A SECONDA DELLA POSIZIONE SULLA SUPERFICIE TERRESTRE (CON ALTITUDINE DIVERSA, O ANCHE DIVERSA LATITUDINE, DATO CHE LA TERRA NON E' SFERICA, LA DISTANZA DAL CENTRO CAMBIA!) SULLA LUNA E SU GIOVE, INVECE, g VALE RISPETTIVAMENTE CIRCA 1,6 m/s² E 23 m/s².

SULLA TERRA g VALE CIRCA 9,81 m/s², CON PICCOLISSIME VARIAZIONI A SECONDA DELLA POSIZIONE SULLA SUPERFICIE

6 TUTTI SULLA LUNA! FACCIAMO FINTA DI AVERE UNA MASSA m DI 45 Kg. COSA ACCADE SU PIANETI DIVERSI? LA MASSA RESTA LA STESSA, MA CAMBIA IL NOSTRO PESO! TERRA LUNA GIOVE m 45 kg 45 kg 45 kg g 9,81 m/s² 1,6 m/s² 23 m/s² F = m g 441,5 N 72 N 1035 N

7 EFFETTI DELLA FORZA PESO (1) GLI EFFETTI DELLA FORZA PESO SONO TANTI. PRIMA DI TUTTO CI TIENE FERMI A TERRA OPPURE CI FA CADERE VERSO TERRA... IN ASSENZA DI PESO POTREMMO VOLTEGGIARE COME GLI ASTRONAUTI NELLO SPAZIO!

8 EFFETTI DELLA FORZA PESO (2) E QUANDO SCIVOLIAMO CON LO SLITTINO SU UN PENDIO INNEVATO? E' SEMPRE LA FORZA PESO CHE AGISCE! IN FISICA IN QUESTI CASI SI PARLA DI PIANO INCLINATO: SUL CORPO AGISCE SOLO UNA PICCOLA PARTE DEL VETTORE FORZA PESO P, OVVERO LA COMPONENTE DELLA FORZA PARALLELA AL PIANO P//.

IN FISICA IN QUESTI CASI SI PARLA DI PIANO INCLINATO: SUL CORPO AGISCE

9 FORZA DI GRAVITA' MA CHE COS'E' IL PESO? PERCHE' LA TERRA CI ATTRAE VERSO DI SE'? NEWTON CI OFFRE UNA PRECISA RISPOSTA NEI SUOI "PRINCIPIA" : IL PESO NON E' ALTRO CHE UN CASO PARTICOLARE DI FORZA GRAVITAZIONALE.

10 LEGGE DI GRAVITAZIONE UNIVERSALE DUE CORPI QUALSIASI DI MASSA M E m POSTI AD UNA DISTANZA R SI ATTRAGGONO CON UNA FORZA DATA DALLA LEGGE: F= G M m R 2 DOVE G, CHIAMATO COSTANTE DI GRAVITAZIONE UNIVERSALE, HA UN VALORE MOLTO PICCOLO, DELL'ORDINE DI. QUALSIASI COPPIA DI CORPI SI ATTRAE, MA SE LE MASSE SONO PICCOLE, LA FORZA E' MOLTO PICCOLA. SI OSSERVA SOLO IN SPECIALI ESPERIMENTI (VEDI: BILANCIA DI CAVENDISH)

UNIVERSALE, 10 11 HA UN VALORE MOLTO PICCOLO, DELL'ORDINE DI.

11 LEGGE DI GRAVITAZIONE UNIVERSALE 2 DUNQUE LA TERRA CI ATTRAE VERSO DI SE' PERCHE' SIA NOI CHE LA TERRA ABBIAMO UNA MASSA E QUELLA TERRESTRE E' MOLTO GRANDE! PER LA STESSA RAGIONE LA LUNA E I SATELLITI ARTIFICIALI RUOTANO INTORNO ALLA TERRA, E I PIANETI DEL SISTEMA SOLARE RUOTANO ATTORNO AL SOLE SENZA ALLONTANARSI.

12 FORZA ELASTICA CONSIDERIAMO UNA MOLLA DI LUNGHEZZA "A RIPOSO" L. QUANDO LA MOLLA VIENE ALLUNGATA O COMPRESSA TENDE A RITORNARE NELLA SUA LUNGHEZZA ORIGINARIA. LA MOLLA DUNQUE ESERCITA UNA FORZA SEMPRE CONTRARIA ALLO SPOSTAMENTO, LA CUI INTENSITA' AUMENTA ALL'AUMENTARE DELLA DEFORMAZIONE E VARIA CON LE CAPACITA' ELASTICHE DELLA MOLLA.

13 LEGGE DI HOOKE LA LEGGE DI HOOKE ESPRIME LA FORZA ESERCITATA DA UNA MOLLA: DOVE: k : E' CHIAMATA COSTANTE ELASTICA E RAPPRESENTA LE PROPRIETA' DELLA MOLLA (LEGATE AL MATERIALE, ALLO SPESSORE,...) F = k Δ x Δx : CORRISPONDE ALLA VARIAZIONE DELLA LUNGHEZZA DELLA MOLLA RISPETTO A QUELLA A RIPOSO. - : IL SEGNO NEGATIVO INDICA CHE LA FORZA HA SEMPRE VERSO OPPOSTO ALLO SPOSTAMENTO

14 THE CAP IS ON THE TABLE RIPRENDIAMO ORA UN SEMPLICE FENOMENO OSSERVATO IN CLASSE ED ANALIZZIAMOLA DAL PUNTO DI VISTA DELLE FORZE: UN TAPPO APPOGGIATO SU UN TAVOLO. IL TAPPO SI TROVA IN UNO STATO DI QUIETE, PERCIO' LA RISULTANTE DELLE FORZE DEVE ESSERE NULLA, OVVERO DEVE ESSERCI EQUILIBRIO. QUALI FORZE AGISCONO SUL TAPPO? SICURAMENTE LA FORZA PESO, DIRETTA VERSO TERRA; PER AVERE EQUILIBRIO DEVE ESISTERE UNA FORZA OPPOSTA.

IL TAPPO SI TROVA IN UNO STATO DI QUIETE, PERCIO' LA RISULTANTE DELLE FORZE DEVE ESSERE NULLA, OVVERO

15 REAZIONE VINCOLARE IL TAVOLO CONTRASTA LA FORZA PESO E IMPEDISCE AL TAPPO DI CADERE! L'AZIONE DEL TAVOLO E' RAPPRESENTATA DA UNA FORZA, DETTA FORZA NORMALE N O REAZIONE VINCOLARE. LA FORZA NORMALE E' SEMPRE DIRETTA PERPENDICOLARMENTE ALLA SUPERFICIE, IN VERSO OPPOSTO AL MOVIMENTO CHE "OSTACOLA".

L'AZIONE DEL TAVOLO E' RAPPRESENTATA DA UNA FORZA, DETTA FORZA NORMALE N

16 PERCHE' IL TAPPO SI FERMA? CONSIDERIAMO ORA UN ALTRO SEMPLICE FENOMENO ANALIZZATO IN CLASSE: UN TAPPO IN MOVIMENTO SUL TAVOLO. SE ESERCITIAMO UNA PICCOLA SPINTA LATERALE SUL TAPPO, IL TAPPO SI METTE IN MOVIMENTO; SE SMETTIAMO DI SPINGERE, POCO DOPO SI FERMA. CHI FRENA IL MOVIMENTO DEL TAPPO?

17 UN PO' DI STORIA... ARISTOTELE DIREBBE CHE IL TAPPO SI FERMA PERCHE' ABBIAMO SMESSO DI ESERCITARE LA SPINTA. EGLI RITIENE INFATTI CHE LE FORZE SONO LA CAUSA DEL MOTO E CHE NON PUO' ESSERCI MOTO SENZA FORZE APPLICATE. MA GALILEO E I FISICI MODERNI NON SONO D'ACCORDO: SE LA RISULTANTE DELLE FORZE E' ZERO, LO STATO DEL CORPO NON CAMBIA, SIA DI QUIETE CHE DI MOTO!

EGLI RITIENE INFATTI CHE LE FORZE SONO LA CAUSA DEL MOTO E CHE NON PUO' ESSERCI MOTO SENZA

18 INERZIA DOPO AVER CAMBIATO LO STATO DEL TAPPO CON UNA PICCOLA SPINTA, IL TAPPO DOVREBBE TENDERE, PER INERZIA, A MANTENERE IL SUO NUOVO STATO DI MOTO. CHI LO FERMA ALLORA? PROVIAMO A RIFLETTERE: SE INVECE DEL TAVOLO CI FOSSE UNA LASTRA DI GHIACCIO? IL TAPPO SI MUOVEREBBE PIU' A LUNGO, PRIMA DI FERMARSI. SE CI FOSSE UNA SUPERFICIE MOLTO RUVIDA, AD ESEMPIO UNO STRATO DI SABBIA? SI FERMEREBBE IMMEDIATAMENTE.

PROVIAMO A RIFLETTERE: SE INVECE DEL TAVOLO CI FOSSE UNA LASTRA DI GHIACCIO?

19 PAROLA D'ORDINE: ATTRITO! IL TAPPO SI FERMA PERCHE' SI GENERA ATTRITO TRA LE SUPERFICI DEL TAPPO E DEL TAVOLO. MAGGIORE E' L'ATTRITO, PIU' PICCOLO E' LO SPAZIO PERCORSO DAL TAPPO PRIMA DI FERMARSI.

20 FORZA DI ATTRITO LA FORZA DI ATTRITO HA L'EFFETTO DI FRENARE IL MOVIMENTO, E PUO' ESSERE ESERCITATA DA UN SOLIDO, UN LIQUIDO O UN GAS. L'ATTRITO ESERCITATO DALL'ARIA, AD ESEMPIO, OSTACOLA LA CADUTA VERTICALE DI UN FOGLIO STESO; L'ATTRITO CON L'ACQUA FRENA UNA BARCA DURANTE LA NAVIGAZIONE... MA L'ATTRITO E' FONDAMENTALE NELLA NOSTRA VITA QUOTIDIANA: SENZA ATTRITO NON SAREMMO NEMMENO IN GRADO DI CAMMINARE!

L'ATTRITO ESERCITATO DALL'ARIA, AD ESEMPIO, OSTACOLA LA CADUTA VERTICALE DI UN FOGLIO STESO;

21 PER CONCLUDERE... COME SI CLASSIFICANO LE FORZE STUDIATE RISPETTO ALLE 4 FORZE FONDAMENTALI? (1) PESO, GRAVITAZIONE UNIVERSALE : GRAVITAZIONALI (2) ELASTICA, NORMALE, ATTRITO : ELETTROMAGNETICHE; SONO INFATTI SPIEGABILI CON L'INTERAZIONE ELETTRICA TRA GLI ATOMI ESTERNI CHE FORMANO I CORPI. STUDIEREMO PRESTO ALTRE PARTICOLARI TIPOLOGIE DI FORZE... TO BE CONTINUED...

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