Dinamica vs. cinematica Abbiamo visto come sia possibile descrive il moto di un corpo senza bisogno di conoscerne le cause: cinematica . La dinamica invece, studia le cause che determinano il moto. Gli antichi Greci ritenevano che la velocità di un corpo fosse dovuta alla azione di una forza. Galileo dimostrò che l’azione di una forza determina la variazione della velocità. Se non c’è forza, non c’è variazione di moto, ma può ancora esserci moto (moto rettilineo uniforme). Prima di definire la forza è opportuno conoscere le Leggi di Newton che mettono in sintesi la Dinamica

1a Legge di Newton Newton (1642 – 1727) “Un corpo persevera nel suo stato di quiete relativa, o di moto rettilineo uniforme, finchè non interviene una forza esterna a modificare tale stato.” precondizione: Per definire la quiete o il moto rettilineo uniforme è necessario conoscere un sistema di riferimento Se non esiste un sistema di riferimento assoluto, il moto rettilineo uniforme è il solo stato di quiete di un corpo. Un corpo si dice «fermo», se si muove con la stessa velocità del suo sistema di riferimento. La variazione da un moto rettilineo uniforme (che avvenga per variazione del modulo della velocità o per variazione della sua direzione) implica la presenza di una forza. A loro volta i sistemi di riferimento devono soddisfare particolari requisiti.

Diversi sistemi di riferimento Un sistema di riferimento si dice inerziale se si muove di moto rettilineo uniforme rispetto ad un altro sistema di riferimento; che a sua volta sia inerziale. Un sistema di riferimento si dice non inerziale in tutti gli altri casi. Quindi se è sottoposto ad una accelerazione o semplicemente se non è rettilineo. Infatti in entrambi i casi subisce una forza. Un sistema di riferimento non inerziale può essere “approssimato” ad un sistema inerziale se ottempera a specifiche caratteristiche. Per esempio la Terra, in un tempo limitato, può essere approssimato ad un sistema inerziale perché, per un intervallo di tempo breve percorre un tratto rettilineo

La Terra è un sistema inerziale La Terra impiega 365 giorni e 6 ore per fare un giro completo intorno al Sole. Allora la 365,25a parte dell’orbita terreste è un tratto d’ellisse che possiamo approssimare ad una linea retta. Quindi possiamo dire che per fenomeni limitati nel tempo la Terra è un buon riferimento inerziale. Il tratto A-B può essere approssimato ad una retta, quindi si può dire che in quel tratto la Terra si muove di moto rettilineo uniforme rispetto al Sole; e la quindi la Terra è un sistema inerziale e le misure fatte rispetto alla Terra sono fatte rispetto ad un sistema di riferimento inerziale. S T B A

Concetto di Forza Nel lessico quotidiano tirare, spingere, alzare, abbassare, lanciare … etc. sono azioni che suggeriscono l’applicazione di una forza, ma non definiscono la forza. Una caratteristica della forza è che altera dello stato di quiete. Una prima importante classificazione fra le forze è la distinzione fra forza dirette e forze a distanza La forza non è un principio primo, ma deriva dalla conoscenza di un’ altra grandezza.

Il dinamometro Una forza diventa una grandezza fisica operativa se possiamo misurarla. Se una molla si allunga di x quando applichiamo una forza F e otteniamo un allungamento doppio quando applichiamo una forza doppia possiamo mettere in relazione l’intensità di una forza con la lunghezza della molla F = k x Abbiamo creato uno strumento che misura le forze: il dinamometro La forza si misura in N (newton) che nel sistema MKS è [MKS-2]

La Forza non è un concetto base Abbiamo trovato il modo di misurare la Forza (dinamometro), ne conosciamo le sue manifestazioni ed i suoi effetti per esperienza diretta, ma non ne conosciamo la sua vera natura. Per comprendere cosa è la Forza dobbiamo trovare il principio primo da cui deriva. In Fisica ci sono alcune grandezze che complessivamente non cambiano nel tempo, anche se possono cambiare localmente. L’energia, la massa, vedremo la carica elettrica ed anche la quantità di moto. Queste grandezze si dicono conservative. La quantità di moto è il prodotto m v = p . La natura vettoriale di p implica che: anche la sola variazione di direzione della velocità denota la presenza di una forza

2a Legge di Newton La seconda legge di Newton recita che l’azione di una forza determina la variazione della velocità di un corpo in movimento, ma questa relazione è mediata da una costante, La massa del corpo è la proporzionalità che lega la forza con la variazione della velocità. Di conseguenza possiamo affermare che: la massa è la caratteristica intrinseca che ha un corpo di opporsi alle variazioni di velocità (massa inerziale)

Massa e peso Quest’altra misura la forza (peso) di un corpo, tarata come lunghezza di una molla. Se cambiasse il valore di g la lettura sulla bilancia non sarebbe più la stessa Questa bilancia misura la massa di un corpo, confrontandola con una massa campione.

Natura vettoriale della forza La forza [N = kms-2] è un vettore. Quindi la composizione di più forze può dare origine ad una forza con risultante positiva, negativa o nulla L’accelerazione a ha la stessa direzione e lo stesso verso della risultante delle forze Fi. Quando su un sistema insistono più forze, tali che direzioni e intensità producono una risultante nulla, il sistema si dice isolato

Note sulla forma della 2a legge Il modo corretto (completo) di formulare la 2a Legge è: Dove mv è la quantità di moto (1) Se la massa m è costante, non dipende dal tempo, e quindi può essere messa fuori dal segno di derivata: Se anche la massa m varia nel tempo dovremo sviluppare la derivata di un prodotto, e quindi si noterà che, anche, la forza dipende anche dalla variazione della massa

3a legge di Newton Ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria “facile da ricordare, difficile da capire” Se consideriamo un sistema isolato, forse si capisce qualcosa in più.