Lezione 6 Forze attive e passive. L interazione gravitazionale. L interazione elettromagnetica.
Classificazione delle Forze Distinguiamo tra: Forze attive Forze passive
Forze attive Le 4 forze fondamentali: G, EM, F, D rappresentano le forze attive che si manifestano tra i corpi perché questi hanno certe proprietà (massa, carica elettrica, etc.). NON conosciamo l origine di queste forze ma ne constatiamo l esistenza anche a distanza.
Forze passive Sono le reazioni vincolari (risposte di tipo elastico che certi corpi offrono a vari tipi di sollecitazioni) e l attrito (forze che si manifestano nel contatto tra i corpi). In generale queste forze si manifestano nel contatto tra i corpi e non hanno azione a distanza.
Esempio: reazioni vincolari Un corpo poggiato su un tavolo non cade come invece farebbe se fosse libero: questo si schematizza dicendo che la gravità è bilanciata dalla reazione vincolare offerta dal tavolo! La reazione si manifesta solo al momento in cui il corpo viene poggiato sul tavolo: in questo senso è una forza passiva!
Attrito La seconda legge della dinamica afferma che se un corpo in moto non è soggetto a forze resta per sempre nella condizione di moto rettilineo ed uniforme. Nella pratica però non vediamo mai verificarsi tale principio: una pallina che rotola sul pavimento rallenta e poi si ferma! Schematizziamo questo fatto introducendo la forza d attrito che si manifesta quando un corpo viene a trovarsi in contatto con un altro.
Diversi tipi di attrito Attrito statico e dinamico. Attrito radente: solidi che scivolano l uno sull altro. Attrito volvente: solidi che rotolano l uno sull altro. Attrito del mezzo: si manifesta quando un solido si muove dentro un fluido. Viscosità: si manifesta nel moto relativo di parti distinte di un fluido in moto con velocità diverse.
La forza di gravità E quella forza attrattiva che si manifesta tra tutti i corpi materiali (dotati di massa). E la più debole delle interazioni conosciute. Ha un raggio d azione infinito: corpi materiali pur a grande distanza interagiscono tra loro gravitazionalmente.
La forza di gravità La capacità di attarre che possiamo chiamare carica gravitazionale dipende dalla massa dei corpi.
La forza di gravità
La forza di gravità: III La forza che si esercita tra due corpi, di masse M ed m, rispettivamente, dipende dal prodotto delle loro masse e dalla distanza r che li separa: F= G Mm / r 2 G = costante di gravitazione universale
La forza di gravità
La storiella della mela Probabilmente deriva da una vecchia tiritera inglese ma nessuno sa se sia autentica o meno
Newton 1687 Newton per molti anni si astenne dal pubblicare ufficialmente la legge di gravitazione universale, in quanto pur avendo intuito il procedimento logico della legge non era in grado di giustificare con rigore matematico le sue idee. Solo dopo aver creato le necessarie basi matematiche (calcolo differenziale e integrale), nel 1687, enunciò formalmente la legge.
Esempio
Esempio
Il Peso: I La legge di gravitazione universale vale per 2 punti materiali. Come si calcola la forza che un corpo esteso (esempio la Terra) esercita su un punto materiale? Bisognerebbe pensare la terra come costituita di infinite masse infinitesime (punti materiali) e sommare l interazione tra tutte queste masse ed il punto materiale. Il risultato è che la Terra, supposta sferica, si comporta essa stessa come un unico punto materiale con tutta la sua massa concentrata nel centro.
Il Peso: II Ogni corpo sulla superficie della terra interagisce con essa per effetto della gravità. In questa situazione l attrazione si manifesta con quella forza chiamiamo il peso del corpo. =
Esempio
Esercizio Calcolare il peso di un bambino di massa m = 30 Kg. Soluzione: Il modulo della forza peso è F= mg =(30 Kg) (9.8 m/s^2) =294 N
L interazione elettromagnetica L interazione EM è quella che si esercita tra particelle cariche. La carica elettrica può essere di due tipi: positiva e negativa. L interazione tra cariche di tipo diverso è attrattiva, mentre tra cariche dello stesso tipo è repulsiva. Rispetto alla interazione gravitazionale abbiamo dunque una maggiore varietà di effetti.
Elettrostatica Si riferisce all interazione tra cariche ferme, una situazione notevolmente semplificata. L interazione tra cariche in moto (che determina la struttura degli atomi, la loro diversità e quindi praticamente tutta la chimica) è molto più complessa.
Legge di Coulomb Due cariche elettriche Q, q poste nel vuoto ad una distanza r si attraggono o si respingono con una forza la cui intensità è data da: F = K Q q/ r 2 K= costante di proporzionalità dipendente dal sistema di unità di misura scelto.