Fisica: lezioni e problemi

Dinamica 1° Principio: Principio di Inerzia I 3 Principi della Dinamica La Dinamica è la parte della fisica che studia le relazioni fra il moto dei corpi e le cause che lo determinano e/o lo modificano. 1° Principio: Principio di Inerzia Ogni corpo, se sottoposto a forze con risultante nulla, continua nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme. 2° Principio: Legge Fondamentale della Dinamica La forza risultante applicata a un corpo è uguale al prodotto della massa del corpo per la sua accelerazione: 3° Principio: Principio di Azione e Reazione A ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria.

Il primo principio della dinamica Tutti i corpi sono inerti, cioè rimangono nel loro stato di quiete o di moto finché non interviene una forza

Il primo principio della dinamica Aristotele (IV secolo a.C.): lo stato naturale dei corpi è la quiete; per mantenere costante la velocità di un corpo è necessaria una forza. Galileo (XVII secolo d.C.): l’applicazione di un forza per mantenere in movimento un corpo è necessaria per vincere l’attrito. In assenza di attrito i corpi continuerebbero a muoversi di moto rettilineo uniforme senza necessità di applicare forze

Il primo principio della dinamica Esperimento di Galileo La pallina scende rotolando lungo il piano inclinato a sinistra e risale quello di destra fino a fermarsi. Più diminuisce l’inclinazione del secondo piano inclinato, più a lungo si muove la pallina e più lentamente perde velocità. Idealmente, su un piano orizzontale privo di attrito, la pallina si muoverebbe indefinitamente con velocità costante

Il primo principio della dinamica Primo principio della dinamica (principio di inerzia) Un corpo rimane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, finché non interviene una causa esterna (una forza) a variare il suo stato Inerzia: tendenza di un corpo a mantenere invariato il suo stato di moto (o di quiete).

Il primo principio della dinamica Dispositivi per eliminare gli attriti in laboratorio

Il primo principio della dinamica Sistema di riferimento inerziale: sistema di riferimento in cui vale il principio di inerzia Per molti tipi di esperimenti un sistema di riferimento solidale con la Terra può essere considerato inerziale Un sistema di riferimento in moto rettilineo uniforme rispetto a un sistema inerziale è a sua volta un sistema inerziale Un sistema di riferimento in moto accelerato rispetto a un sistema inerziale non è un sistema inerziale: per esempio, il principio di inerzia non vale su una piattaforma rotante rispetto alla Terra

Il secondo principio della dinamica Una forza, applicata a un corpo libero, produce un’accelerazione che è proporzionale all’intensità della forza stessa

Il secondo principio della dinamica Relazione tra forza e accelerazione Consideriamo un piano orizzontale privo di attrito su cui poggia un corpo di massa m al quale applichiamo una forza F. Se manteniamo costante la massa e cambiamo la forza F avremo:

Il secondo principio della dinamica Applicando la forza F il corpo si muoverà con accel. costante a F a Raddoppiando la forza F2 = 2 F l’accel. sarà doppia 2a. 2F 2a Triplicando la forza F3 = 3 F l’accel. diverrà 3 a 3F 3a Dimezzando la forza F/2 l’accel. si ridurrà alla metà a/2. F/2 a/2

l’Accelerazione è direttamente proporzionale alla Forza Il secondo principio della dinamica Se la massa rimane costante, l’Accelerazione è direttamente proporzionale alla Forza a  F

Il secondo principio della dinamica Relazione tra massa e accelerazione Considerando adesso la forza F costante e cambiamo la massa m:

Il secondo principio della dinamica Applicando la forza F costante al corpo di massa m avremo l’accelerazione a m a Raddoppiando la massa 2m l’accel. diverrà la metà a/2. 2m a/2 Triplicando la massa 3m l’accel. diverrà a/3 3m a/3 Dimezzando la massa m/2 l’accel. diverrà il doppio 2a m/2 2a.

l’Accelerazione è inversamente proporzionale alla Massa Il secondo principio della dinamica Se la Forza rimane costante, l’Accelerazione è inversamente proporzionale alla Massa a  1/m Quindi a  F a  1/m

Il secondo principio della dinamica La risultante delle forze applicate a un corpo è uguale al prodotto della massa del corpo per l’accelerazione che esso acquista

Il secondo principio della dinamica L’unità di misura SI della forza è il newton (N) Una forza di 1 N applicata a un corpo di massa 1 kg produce un’accelerazione di 1 m/s2.

Il secondo principio della dinamica Il secondo principio della dinamica è una legge vettoriale

Il secondo principio della dinamica Un corpo in caduta libera è soggetto alla forza peso P e cade con accelerazione g (accelerazione di gravità) Per il secondo principio della dinamica: Il peso di un corpo è dato dal prodotto della massa per l’accelerazione di gravità, e si misura in newton

Il terzo principio della dinamica Non esistono forze isolate; a ogni forza applicata a un corpo ne corrisponde un’altra esercitata dal corpo stesso

Il terzo principio della dinamica Due corpi interagiscono: sia nel caso di forze a distanza, sia nel caso di forze di contatto, le forze sui due corpi sono uguali e opposte

Il terzo principio della dinamica Terzo principio della dinamica (o principio delle azioni reciproche o principio di azione e reazione) Quando un corpo A esercita una forza su un corpo B, il corpo B esercita su A una forza uguale e opposta.

Il terzo principio della dinamica La ruota esercita sull’asfalto una forza (forza ruota-asfalto) L’asfalto reagisce esercitando sulla ruota una forza uguale e opposta (forza asfalto-ruota) Quest’ultima permette alla motocicletta di avanzare.

Il terzo principio della dinamica Le forze uguali e opposte dovute al terzo principio non si compensano perché sono applicate a corpi diversi. Delle sei forze rappresentate, solamente due agiscono sul bambino: la reazione del terreno Ftb la reazione della slitta Fsb Poiché la risultante di queste due forze è diretta in avanti, il bambino riesce ad avanzare

Alcune applicazioni dei tre principi I principi della dinamica sono applicabili a diversi fenomeni della vita quotidiana

Alcune applicazioni dei tre principi Corpo che cade in un fluido La forza totale è la risultante della forza peso e della forza di attrito del mezzo, che dipende dalla velocità: Mentre il corpo cade, la sua velocità cresce fino a raggiungere la velocità di regime o velocità limite: a quel punto la forza di attrito uguaglia il peso, la forza risultante è nulla, e il corpo continua a cadere, ma con velocità costante

Alcune applicazioni dei tre principi Un corpo che cade in un fluido raggiunge una velocità costante

Alcune applicazioni dei tre principi Corpo che scende lungo un piano inclinato senza attrito In direzione perpendicolare al piano c’è equilibrio tra le forze agenti In direzione parallela al piano agisce solo la componente parallela del peso, e quindi c’è accelerazione: è sempre inferiore a 1, quindi a < g

Alcune applicazioni dei tre principi Se lungo il piano agisce una forza di attrito, la forza lungo la direzione parallela risulta L’accelerazione, ovviamente, è minore rispetto al caso senza attrito

Le forze di attrito La forza di attrito è sempre diretta in senso contrario al movimento. attrito radente attrito volvente attrito viscoso La forza di attrito radente si esercita tra due superfici; La forza di attrito volvente compare quando un corpo rotola su una superficie; La forza di attrito viscoso si ha quando un corpo si muove in un fluido. Si manifesta quando la superficie di un corpo striscia sulla superficie di un altro Si manifesta quando un corpo rotola striscia sulla superficie di un altro Si manifesta quando un corpo si muove in un liquido o in un gas

La forza di attrito radente Cosa vuol dire che una superficie è “liscia”?

L’attrito radente statico 1. Non dipende dall’area di contatto. 2. E’ parallela alla superficie 3. Il suo verso si oppone al movimento. Cosa si intende per forza al distacco? Qual è la direzione della forza premente? Che relazione c’è tra la forza di attrito statico e la forza premente?

L’attrito radente dinamico Direzione parallela al piano. 2. Verso opposto a quello del moto del blocco. 3. Modulo direttamente proporzionale alla forza premente.

È più faticoso … … spostare un oggetto fermo o trascinarlo quando è già in movimento?