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Le forze ed i loro effetti Gli do un doppio effetto….. Per fortuna è un ignorante!

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Presentazione sul tema: "Le forze ed i loro effetti Gli do un doppio effetto….. Per fortuna è un ignorante!"— Transcript della presentazione:

1 Le forze ed i loro effetti Gli do un doppio effetto….. Per fortuna è un ignorante!

2 Dinamica (2) d Forze Gravitazionali Forze Elettriche Forze Nucleari Forze Deboli M m Q qr Ep Nucleo

3 Dinamica (3) III° Principio della dinamica: Le forze si esercitano tra i corpi: se su di un corpo agisce una forza, su di un altro corpo agisce una forza uguale e contraria. Le due forze producono effetti dipendenti dalla massa del corpo su cui agiscono. M m

4 Dinamica (4) Se consideriamo tutti i corpi che interagiscono, la risultante di tutte le forze presenti (azioni e reazioni) è nulla: il sistema si dice isolato In un sistema isolato ciascuno dei corpi componenti si muove in ragione della risultante di tutte le forze che agiscono su di esso (azioni e reazioni).

5 Dinamica (5) M m ? ?

6 Dinamica (6) Ballistocardiografia Conoscendo la massa del paziente, lampiezza e fase delle oscillazioni registrate permettono il calcolo della gittata cardiaca e la quantificazione della massa miocardica e dei volumi cardiaci

7 Dinamica (7)

8 Dinamica (8) II° Principio della dinamica: La forza che agisce su di un punto materiale determina una variazione di velocità proporzionale. Il termine di proporzionalità è indicato come massa inerziale del punto materiale. Se si rileva un cambiamento di velocità nel tempo si ha la prova di una forza agente sul punto materiale. Se si applica una forza al punto materiale, si ha un proporzionale cambiamento di velocità nel tempo Il cambio di direzione e di modulo della velocità delloggetto dipende dalla forza applicata e dalla sua massa.

9 Dinamica (9) m Una particella che si muove allinterno di una camera vuota urtando le pareti determina una pressione. Perché?

10 Dinamica (10) M m

11 Dinamica (11) I° Principio della dinamica: In un sistema di riferimento adeguato, un punto materiale non soggetto a forze rimane immobile o conserva il suo stato di moto rettilineo uniforme. Il primo principio della dinamica ha due aspetti: 1)In un sistema adeguato (inerziale) un moto non rettilineo ed uniforme indica la presenza di forze; 2) Il rilievo di moto non rettilineo ed uniforme in assenza di forze indica linadeguatezza del sistema di riferimento. Un sistema di riferimento è adeguato (inerziale) quando è immobile o si muove di moto rettilineo uniforme rispetto ad un sistema inerziale Sole Terra

12 Dinamica (12) Loperatore che descrive un fenomeno in un sistema di riferimento non inerziale percepisce forze apparenti. mg Fc Rv r

13 Dinamica (13) A B Il lavoro fisico:

14 Dinamica (14) Lavoro fisico per campi di forza radiali: S a b Linea di campo

15 Dinamica (15) Lavoro fisico per spostamento in campo uniforme: y a b

16 Dinamica (16) Lavoro fisico per forza elastica x 0 +x x0x0

17 Dinamica (17) Piano inclinato mg L

18 Dinamica (18) Lavoro ed energia cinetica (teorema delle forze vive). A B

19 Dinamica (19) Lavoro della forza centripeta nel moto circolare uniforme R

20 Dinamica (20) Forze conservative: Un campo di forze si dice conservativo quando il lavoro fatto dalle forze del campo per spostare un punto materiale da una posizione A ad una posizione B è indipendente dalla traiettoria seguita. Si può anche dire che il lavoro compiuto dalle forze del campo conservativo in una traiettoria chiusa e nullo. 3 A B 1 2

21 Dinamica (21) Energia Potenziale Nel caso di forze conservative il lavoro delle forze del campo tra due punti A e B non dipende dalla traiettoria ma solo dalle posizioni dei due punti; il lavoro sarà quindi determinato unicamente dalle coordinate spaziali dei due punti. In termini matematici, esisterà una funzione tale che: La funzione scalare viene chiamata Energia Potenziale Per ogni campo di forze conservative abbiamo una particolare forma di energia potenziale associata (es. energia potenziale gravitazionale, elettrostatica, elastica). Per poter ricavare la funzione che esprime lenergia potenziale del campo conservativo si ricava la relazione che esprime il lavoro delle forze del campo in funzione delle coordinate spaziali.

22 Dinamica (22) Il campo gravitazionale è conservativo? A B M m Il lavoro dipende solo dalle distanze dei punti A e B dalla sorgente del campo quindi è indipendente dalla traiettoria seguita : il campo radiale gravitazionale è conservativo. Lenergia potenziale del campo gravitazionale è:

23 Dinamica (23) Il campo della forza peso è conservativo? A B h x Il lavoro compiuto dipende solo dalla quota dei due punti e non dalla traiettoria: la forza peso è conservativa.

24 Dinamica (24) Lenergia potenziale associata ad un campo di forze conservativo è una grandezza scalare la cui distribuzione spaziale determina un campo scalare. Abbiamo visto che è possibile passare da un campo scalare al corrispondente campo vettoriale applicando loperatore gradiente: Es. Campo radiale: Forza peso:

25 Dinamica (25) Principio di minima energia potenziale: Essendo la forza del campo conservativo in ogni punto corrispondente al gradiente dellenergia potenziale, nei punti in cui il gradiente è nullo la forza sarà nulla ed in punto materiale resterà immobile ( nel caso di un corpo esteso, in equilibrio). Il gradiente dellenergia potenziale è minimo nei punti di massimo e minimo della funzione scalare. Energia potenziale Forza Attrazione Repulsione r0r0 r0r0

26 Dinamica (26) Principio di conservazione dellenergia meccanica totale. Per qualsiasi tipo di forza vale la relazione Per forze conservative vale la relazione Per le sole forze conservative vale: A B ed in qualunque punto della traiettoria si ha che: Se questo non avviene si ha levidenza di forze non conservative.

27 Dinamica (27) Campo scalare e campo vettoriale: Linee di campo Linee equipotenziali

28 Dinamica (28) La potenza: La potenza esprime la capacità di compiere lavoro nel tempo La potenza può essere aumentata aumentando la forza oppure aumentando la velocità. Le leve: Sono dispositivi che permettono di modificare la forza e lo spostamento mantenendo inalterata la potenza

29 Dinamica (29) Momento di una forza e potenza Se viene mantenuta costante la velocità angolare, la potenza è determinata dal momento della forza (coppia), che può variare sia modificando lintensità della forza, sia modificando il braccio.

30 Dinamica (30) La potenza Sensore di forza t t t R

31 Dinamica (31)

32 Dinamica (32) Momento della forza e momento della quantità di moto

33 Dinamica (33) Moto rotatorio, momento angolare e momento di inerzia

34 Dinamica (34) Moto traslatorio e moto rotatorio (similitudini formali)

35 Dinamica (35) Dai punti materiali ai corpi estesi I solidi I fluidi I gas Centro di massa

36 Dinamica (36) Equilibrio di un corpo rigido Un corpo rigido si trova in equilibrio quando non modifica il suo moto traslatorio e rotatorio. Condizione necessaria e sufficiente affinché questo avvenga è che sia nulla la risultante di tutte le forze (equilibrio traslatorio) e nulla la risultante di tutti i momenti delle forze (equilibrio rotatorio). In campo conservativo la prima condizione coincide con un minimo o massimo di energia potenziale: se lenergia potenziale è massima lequilibrio è instabile ed è sufficiente una minima sollecitazione per attivare il moto traslatorio o rotatorio. Se lenergia potenziale è minima, la sollecitazione turba lo stato di equilibrio che viene però riacquistata per effetto delle forze dattrito (!).

37 Dinamica (37) Strutture anatomiche ed equilibrio dei corpi I muscoli: generano le forze. I tendini :applicano le forze alle strutture ossee. Le ossa: modificano la direzione delle forze e determinano gli spostamenti.

38 Dinamica (38) Strutture anatomiche ed equilibrio dei corpi

39 Dinamica (39) Deambulazione

40 Dinamica (40) Gli do un doppio effetto….. Per fortuna è un ignorante!


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