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Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW1 Forze Il termine forza nel senso comune indica una trazione od una spinta Nellindicare una forza si usa una freccia.

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1 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW1 Forze Il termine forza nel senso comune indica una trazione od una spinta Nellindicare una forza si usa una freccia in quanto una trazione o spinta ha sempre una intensità (il modulo) una direzione ed un verso. Da un punto di vista fisico quindi la forza è un vettore. Se la forza è una quantità reale deve poter essere misurabile, per essere misurabile deve indurre degli effetti che possono essere quantificati. Prima legge di Newton Un corpo rimane nel suo stato di quiete o nel suo stato di moto rettilineo a velocità costante se una forza risultante non nulla non lo costringe a variare il suo stato di moto oppure Un corpo non soggetto a forze o la cui risultante di tutte le forze a lui applicate è nulla permane nel suo stato di quiete o nel suo stato di moto rettilineo uniforme Lassenza di forze (o il fatto che la loro somma vettoriale sia il vettore nullo) quindi implica lassenza di una variazione di moto, cioè lassenza di accelerazione. Un corpo senza accelerazione si dice in equilibrio

2 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW2 Composizione delle forze Forza risultante La macchina si muove con velocità costante. Quanto sarà la forza totale ? Il piede è fermo! Quanto saranno le tensioni dei fili

3 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW3 Seconda legge di Newton Se una forza risultante F non nulla agisce su un corpo di massa m il modulo della conseguente accelerazione a è direttamente proporzionale al modulo della forza risultante ed inversamente proporzionale alla massa. La direzione ed il verso dellaccelerazione è uguale alla direzione e verso della forza risultante. La massa (quello che noi quantifichiamo come la quantità di materia) risulta essere il termine di proporzionalità tra forza ed accelerazione. Maggiore è la massa di un corpo maggiore dovrà essere la forza necessaria per dare al corpo una data accelerazione. Le dimensioni della forza sono: Lequazione di newton è di natura vettoriale e quindi può essere scomposta nelle sue componenti (cartesiane, sferiche, cilindriche … ) Un corpo è quindi in equilibrio quando la somma di tutte le forze agenti è nulla Poiché la massa è uno scalare compare tale e quale in tutte le tre equazioni

4 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW4 Forza Gravitazionale In prima approssimazione, per un osservatore sulla superficie terrestre, è la forza che attira qualsiasi corpo verso il suolo. E una forza costante (non cambia nel tempo) ed uniforme (è la medesima in qualsiasi punto dello spazio) F = - mg Punta verso il basso Accelerazione di gravità, 9.8 m/s 2 Massa Inerziale

5 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW5 Esempio: Caduta libera Calcolare posizione, velocità ed accelerazione di un corpo di massa M in caduta libera dopo 1,2,3,4,5 secondi

6 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW6 Le equazioni di moto di un corpo in caduta libera NON dipendono dalla massa del corpo stesso. Quindi in assenza di attrito un sasso una piuma impiegano il medesimo tempo per arrivare a terra Ce un bel filmato fatto dagli astronauti sulla Luna Sito:

7 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW7 Forza Peso Il Peso di un corpo è il modulo della forza netta richiesta per evitare che il corpo cada, quindi per controbilanciare la forza di gravità agente sul corpo

8 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW8 Forza Normale La forza normale è la forza esercitata da una superficie quando, deformandosi, sostiene il corpo appoggiato. La forza Normale è sempre perpendicolare alla superficie e di indica con la lettera N Se il corpo ha massa M = 12 Kg quanto vale N ? Che differenza ce tra la Forza Normale e la Forza Peso ? Sono Sempre Uguali ?

9 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW9 N 30° FgFg

10 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW10 Forza di Attrito Statico F k La forza di attrito statico è la forza necessaria per mettere in moto un corpo di massa M su una superficie k Il corpo è in quiete, non applico nessuna forza. Il corpo rimane fermo. Inizio ad applicare una forza F < F k Il corpo rimane fermo. Aumento F ma sempre F < F k Il corpo rimane fermo. Ora F = F k Il corpo rimane fermo. Se F > F k il corpo acquisisce una accelerazione a. F k = k N k < 1 k dipende dal materiale k

11 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW11 Forza di Attrito Dinamico F d La forza di attrito dinamico è la forza che si oppone a qualsiasi moto di un corpo m che striscia su un materiale K N FdFd v N FdFd v F d agisce solo se il corpo è in moto F d è sempre opposta alla direzione di moto d dipende dal materiale K d < k F d = d N d < 1

12 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW12 Tensione Quando un filo è fissato ad un corpo soggetto ad una forza, il filo è sotto tensione. Il filo esercita sul corpo una forza di trazione T applicata al punto di fissaggio del filo e diretta lungo il filo La tensione della corda è il modulo di tale forza Quanto vale T nei tre casi (i tre corpi sono fermi) ?

13 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW13 Forza Elastica Un materiale elastico è un materiale che ha la capacità di riacquistare la forma iniziale dopo essere stato compresso o deformato (p.es. la molla) La forza necessaria per allungare o accorciare una molla (caso 1D) è linearmente proporzionale allallungamento stesso. La costante di proporzionalità k è detta costante elastica La osservabile x 0 rappresenta lestensione della molla quando non è soggetta a forze, losservabile x indica lattuale estensione della molla Se comprimo la molla la forza che esercito è negativa Se estendo la molla la forza che esercito è positiva Per motivi di semplicità si considera sempre la molla di estensione nulla, cioè x 0 = 0. E facile correggere i calcoli in caso contrario

14 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW14 Forza nel moto circolare Uniforme Moto in cui : v t costante costante = pulsazione T costante T = Periodo costante = frequenza Un corpo che si muove in moto circolare uniforme subisce una forza non nulla (detta centripeta) SEMPRE diretta verso il centro v F Forze Centrali

15 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW15 Forza Centrifuga Lautista dellautomobile sente una forza che lo porta verso lesterno. Questa forza è detta forza centrifuga La forza centrifuga è una forza apparente, una forza cioè che viene sentita solo se losservatore non è fermo o in moto rettilineo uniforme. Per un osservatore in moto circolare uniforme la forza centrifuga può essere espressa come: Dove è la velocità angolare ed r il raggio di curvatura

16 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW16 Forze in natura In natura esistono 4 forze fondamentali, con cui è possibile descrivere tutti i fenomeni naturali noti: Forza Gravitazionale … è responsabile di tutti i fenomeni astronomici e ed è la forza che percepiamo nel modo più immediato … Legge di gravitazione universale di Newton … Relatività Generale Forza Elettromagnetica … lega gli elettroni al nucleo ed è responsabile di tutti i fenomeni elettrici … Equazioni di Maxwell Forza Nucleare forte ……. lega i mattoni più elementari della materia stessa. Mantiene unite le particelle ed impedisce ai nuclei di disintegrarsi per la reciproca repulsione fra protoni. … La forma esplicita completa è tuttora ignota Forza Nucleare debole …. Assicura la produzione di luce e calore per opera della fusione nucleare, è responsabile dei decadimenti radioattivi. … La forma esplicita non è completamente nota Qualsiasi altra forza deriva da queste quattro Forza peso Forza di attrito Forza viscosa Forza elettrostatica Forza di Lorentz

17 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW17 Terza legge di Newton Se un corpo esercita una forza su un secondo corpo, il secondo corpo esercita sul primo corpo una forza uguale in modulo e direzione ma opposta in verso. Le due forze sono identiche ma vengono esercitate su corpi diversi, con masse differenti. Quindi leffetto indotto da queste due forze identiche può essere sensibilmente differente. Esempio F = 36 N m astronave = kg m uomo = 92 kg

18 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW18

19 Forza e Moto - Capitolo 5 e 6 - HRW19 Obiettivi generali degli esercizi svolti in aula: Saper trovare la risultante di più forze; Saper applicare la prima e la seconda legge della dinamica in vari contesti.


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