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Ma IN FISICA il significato è diverso. Che cosè la forza ? Il vocabolario italiano dà come sinonimi LE FORZE robustezza, energia, vigore, potenza, vitalità,

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2 Ma IN FISICA il significato è diverso. Che cosè la forza ? Il vocabolario italiano dà come sinonimi LE FORZE robustezza, energia, vigore, potenza, vitalità, prestanza …

3 LA FORZA NON ESISTE NELLA REALTÀ È UN INTERPRETAZIONE È UN MODELLO DELLA REALTÀ CHE SPIEGA LE INTERAZIONI CHE AVVENGONO IN NATURA

4 LE FORZE SEMBRANO MOLTE MA … A prima vista le forze sembrano essere molte e assai diverse tra loro (forza peso, forza elettrica, forza magnetica, forze muscolari, forze di attrito, forze elastiche, resistenza dellaria, forze intermolecolari …) ma non è così. Negli ultimi tre secoli i fisici si sono accorti che per spiegare ogni interazione tra corpi, ogni struttura che si possa osservare o creare nelluniverso, bastano quattro forze … e forse anche meno di 4.

5 Sono fondamentali 4 INTERAZIONI 1. Interazione gravitazionale 2. Interazione elettromagnetica 3. Interazione forte 4. Interazione debole

6 gravitazionale elettromagnetica La forza gravitazionale è comune a tutta la materia: tutti i corpi materiali si attraggono reciprocamente (non è mai repulsiva) La forza elettromagnetica è prodotta dalle cariche elettriche: essa è sia attrattiva che repulsiva

7 nucleare forte La forza nucleare debole agisce all'interno dei nuclei atomici: essa è responsabile della radioattività La forza nucleare forte agisce all'interno dei nuclei atomici: essa tiene assieme protoni e neutroni nucleare debole

8 C è differenza tra massa e peso: la massa resta costante, il peso cambia Nella fisica classica cè differenza tra massa inerziale e massa gravitazionale NOTA BENE

9 Nella meccanica newtoniana la massa inerziale e la massa gravitazionale sono due concetti diversi. La definizione operativa di massa inerziale è diversa, indipendente, da quella di massa gravitazionale, quindi sono due grandezze fisiche diverse. Non cè motivo di ritenere a priori che non possano esistere corpi facili da accelerare ma che attirino intensamente altri corpi Però lesperienza ci dice che in natura questo non avviene mai MASSA INERZIALE E GRAVITAZIONALE

10 Lesperienza ha messo in evidenza che i risultati ottenuti con la bilancia sono sempre in accordo con i risultati ottenuti con il confronto delle accelerazioni. Detta m g la massa gravitazionale di un corpo, il suo peso si può esprimere come F p = m g. g Per la seconda legge della dinamica, tale forza imprimerà al corpo una accelerazione inversamente proporzionale alla sua massa inerziale m i F = m i. aF p /m i = a a = (m g /m i ). g

11 tale accelerazione, quella con cui cadono gli oggetti nel vuoto, sarebbe diversa per corpi a cui corrispondessero diversi valori del rapporto Massa gravitazionale / Massa inerziale cioè m g /m i

12 il dato sperimentale è che a è la stessa per tutti i corpi, quindi m g = m i quindi a = g sarebbe ragionevole aspettarsi che il rapporto m g /m i dipenda da elementi quali la composizione chimica del corpo, la sua temperatura o qualche altra caratteristica fisica del corpo, laccelerazione in caduta libera sarebbe allora diversa per oggetti diversi.

13 LIDENTITÀ TRA MASSA INERZIALE E GRAVITAZIONALE È IL POSTULATO SU CUI SI FONDA LINTERA TEORIA DELLA RELATIVITÀ GENERALE DI EINSTEIN Il significato fisico delluguaglianza tra massa inerziale e massa gravitazionale resta sconosciuto. La massa è il concetto più criticato della fisica che sembra eludere tutti i tentativi di una chiarificazione completa e di una definizione logicamente e scientificamente inattaccabile MAX JAMMER, STORIA DEL CONCETTO DI MASSA IL POSTULATO DI EQUIVALENZA

14 LA FORZA È UN VETTORE le forze agiscono sempre in due Per determinare una forza serve un numero seguito da ununità di misura una direzione un verso

15 LO SPOSTAMENTO È UN VETTORE LA VELOCITÀ È UN VETTORE LACCELERAZIONE È UN VETTORE LA QUANTITÀ DI MOTO È UN VETTORE … Come la FORZA anche clicca qui per saperne di più sui vettori

16 il TEMPO e la MASSA l ENERGIA, IL LAVORO … non sono vettori sono grandezze scalari Individuate da un numero e da ununità di misura

17 PIANO INCLINATO E FORZA COSTANTE Il modo migliore per ottenere una forza costante è un piano inclinato. Perché? ingrandimento peso Componente del peso che trascina verso il basso Componente del peso che preme perpendicolarme nte contro il piano

18 UNA SITUAZIONE FISICA REALE

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20 RAPPRESENTAZIONE FISICA A

21 ISOLIAMO LOGGETTO CHE CI INTERESSA B

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23 SCEGLIAMO UN CONVENIENTE SISTEMA DI RIFERIMENTO C

24 N = W y + F y = -W + F y W = PESO (mg) della poltrona F = forza applicata dalluomo N = FORZA NORMALE (perpendicolare) reazione vincolare della superficie dapppoggio N = W y + F y = -W + F y QUAL È LA FORZA CHE FA AVANZARE LA POLTRONA? F x è la componente della forza, applicata dalluomo utile allavanzamento della poltrona. SCOMPONIAMO LE FORZE NELLE LORO COMPONENTI SISTEMA DI RIFERIMENTO

25 Forza applicata dalluomo N F F è la Peso della poltrona W = mg D. SCOMPONIAMO LE FORZE Reazione vincolare W = PESO = mg Sistema di riferimento

26 FxFx F LA POLTRONA viene rappresentata con un punto, un punto di massa uguale a quella della poltrona Se non cè attrito tra la poltrona e il pavimento allora la forza che fa avanzare la poltrona è F x Senza attrito basterebbe una piccola spinta e …

27 Ma se cè attrito le cose sono diverse. FxFx F = forza applicata MASSIMA FORZA DI ATTRITO STATICO Bisogna aggiungere una forza allo schema: la forza di attrito.

28 Dato che la forza di attrito dipende anche dalla forza normale, la forza cioè con cui loggetto preme perpendicolarmente sul pavimento, la forza applicata dalluomo aumenta la massima forza di attrito statico. Infatti la massima forza di attrito statico è F a = N nel nostro caso F a =. (Peso + F Y ) FxFx F = Forza applicata dalluomo W = Peso N: reazione vincolare FyFy

29 SE CÈ ATTRITO, LUOMO RIUSCIRÀ A SPOSTARE LA POLTRONA? Non è detto dipende dal coefficiente di attrito Il calcolo da fare è il seguente F a = F x. N = F x. (mg + F y ) = F x Se non è inferiore a 1 / tan la poltrona non si sposta luomo non sa spingere

30 È La forza che si oppone al distacco della poltrona dal pavimento. Serve una forza per mettere in moto la poltrona, per staccarla dal pavimento e farla scivolare sulla superficie. Dopo che è avvenuto il distacco, se luomo manterrà la stessa spinta che gli è servita per mettere in moto la poltrona, questa si muoverà di moto accelerato, dato che LA FORZA DI ATTRITO DINAMICO è INFERIORE ALLA FORZA CHE SERVE PER STACCARE LA POLTRONA DAL PAVIMENTO FORZA DI ATTRITO STATICO E DINAMICO

31 FORZE ESTERNE E FORZE INTERNE Luomo spinge la poltrona con una forza F, la forza è applicata alla poltrona. La poltrona spinge luomo con la stessa forza, la forza è applicata alluomo. Perché la poltrona avanza? Se loggetto che esaminiamo è la poltrona, non ci interessa di quello che accade alluomo; la forza applicata dalluomo è una forza esterna e può fare avanzare la poltrona.

32 Se invece esaminiamo la situazione delluomo, allora dobbiamo pensare anche al suo contatto con il pavimento. Luomo viene spinto indietro dalla poltrona. Luomo spinge contro il pavimento … il pavimento risponde … Che cosa fa avanzare insieme poltrona e uomo? Le due forze di interazione tra uomo-poltrona (luomo spinge e la poltrona risponde) si fanno equilibrio, sono ora forze interne, applicate allo stesso corpo (uomo+poltrona). Che cosa fa avanzare quindi insieme poltrona e uomo? La forza di attrito tra uomo e pavimento

33 Nel caso in cui si consideri il sistema UOMO+POLTRONA la forza esterna al sistema è dovuta all Interazione uomo-pavimento Luomo punta, preme, sul pavimento, il pavimento risponde con una forza che fa avanzare luomo e la poltrona (quando ci riesce)

34 PROVATE a pensare di voler spostare un divano molto pesante, che cosa fate? Puntate con i piedi sul pavimento. E la forza di attrito con il pavimento che vi permette di spostarlo. Certo se non ci fosse attrito basterebbe toccare il divano per farlo muovere.

35 Per camminare interazione piede-terreno

36 TIRO ALLA FUNE e TERZA LEGGE

37 Le forze visibili sono le forze muscolari applicate dagli studenti alla fune, ma ci sono molte altre forze (la forza elastica, le forze applicate dagli studenti al pavimento e dal pavimento ai piedi, le forze di gravità, ecc.) ogni forza agisce lungo una data direzione, quando lo studente tira la fune, la fune applica a lui/lei una forza opposta (freccia rossa), per il principio di azione e reazione. IL PRINCIPIO DI AZIONE E REAZIONE

38 Poiché lo studente spinge sul pavimento, il pavimento applica a lui/lei una forza opposta (frecce blu), per il principio di azione e reazione, la composizione delle frecce blu e rosse dà come risultante la forza applicata allo studente, poiché la fune applica forze uguali alle due estremità, le frecce rosse sono uguali e opposte, le forze che sono differenti sono quelle applicate dal pavimento (frecce blu) e vince lo studente che riesce ad applicare la forza maggiore al pavimento.

39 Un giocoliere che trasporta tre pesanti palle deve attraversare un ponticello in grado di sopportare solo il suo peso più quello di due palle. Confidando nella propria abilità, egli decide che, per non far crollare il ponte, è sufficiente attraversarlo facendo ruotare le palle in modo che una delle tre sia sempre in volo. Il giocoliere riesce ad attraversare il ponte? UN GIOCOLIERE NEI GUAI

40 IL GIOCOLIERE NON CONOSCE LA TERZA LEGGE DI NEWTON Quando si lancia un oggetto verticalmente è necessario applicare alla palla una forza verso lalto maggiore del peso delloggetto. A sua volta la palla eserciterà sul giocoliere una forza uguale e contraria (la forza sarà applicata al giocoliere e diretta verso il basso) Quindi sul ponte grava il peso del giocoliere + il peso delle due palle che ha in mano + forza maggiore del peso della terza palla dovuta allinterazione giocoliere - terza palla.

41 AIRSPEEDY comè fatto soffio MRU MRUA Speedy urto prove varie Aristotele piccola forza MRUA Airspeedy

42 SUI VETTORI …

43 VETTORI E COMPONENTI (+,+) (-,+) (-,-) (+,-) (b x = -2, b y =1.5) (-2, 1.5) (5, 3) (a x =5, a y =3) a b

44 SOMMA DI VETTORI (b x = -2, b y =1.5) (a x =5, a y =3) a b (+,+) (-,+) (-,-) (+,-) (3, 4.5)

45 DIFFERENZA DI VETTORI (+,+) (-,+) (-,-) (+,-) (-1.5, -7) (b x = -2, b y =1.5) (a x =5, a y =3) a b

46 COMPONENTI, SOMMA, DIFFERENZA DI DUE VETTORI (b x = -2, b y =1.5) (-2, 1.5) (5, 3) (a x =5, a y =3) a b (+,+) (-,+) (-,-) (+,-)

47 VETTORI e COPPIE ORDINATE Si può indicare, individuare un vettore, come una coppia ordinata di numeri reali x (a x =5, a y =3) a 5 3 y

48 Spunti tratti da FISICA 1 (per i licei scientifici) J. Walker, Zanichelli FISICA 1 (per i licei scientifici) J. Wilson – A. Buffa, Principato Levoluzione della fisica, Einsten - Infeld, Boringhier i Storia del concetto di massa, Max Jammer, Feltrinelli Storia del concetto di forza, Max Jammer, Feltrinelli


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