Le interazioni fondamentali : 1) gravitazionale interazione tra masse (es.: pianeti,stelle, galassie…); forza attrattiva; raggio d’azione infinito 2) Elettromagnetica interaz. tra cariche elettriche; repulsiva ed attrattiva, raggio d’azione infinito; ruolo fondamentale nella struttura atomi e molecole processi chimici e biologici 3) interazione forte interaz. tra “quarks”, a “corto raggio” (» 10-15 m); Struttura dei nuclei atomici; processi di fissione e fusione nucleare Þ 4) interazione debole decadimenti radiativi, dinamica stellare U.Gasparini, Fisica I

Principio d’inerzia “Dinamica” : studia le relazioni tra il moto dei corpi, descritto dalle quantità cinematiche (velocità, accelerazioni), e le “forze” (interazioni tra corpi) che lo condizionano determinando le “variazioni dello stato di moto” Il moto in “assenza di forze” (condizione sperimentale non realizzabile: teoricamente, quella di un corpo infinitamente lontano da ogni altro corpo) o in assenza di forze non equilibrate è regolato dal “principio di inerzia” (o prima legge della dinamica, dovuta a Galileo Galilei) : un corpo sul quale non agiscono forze, ovvero sul quale agiscono forze che si equilibrano, persevera nel suo stato di quiete o di moto, ossia non varia la sua velocità v risultato di un procedimento di osservazione sperimentale e di “astrazione”, intesa come estrapolazione dei risultati ottenuti in una situazione reale ad una situazione ideale di totale assenza di forze non equilibrate (ad es., attriti) il principio d’inerzia soppianta le leggi aristoteliche del moto che associavano, erroneamente, le forze alle velocità piuttosto che alle loro variazioni (accelerazioni) U.Gasparini, Fisica I

Intensità di una forza “Definizione operativa” di una grandezza fisica : definire un procedimento ripetibile di misura, attraverso cui associare un numero alla grandezza in questione Intensità di una “forza” applicata ad un corpo : misurata da un “dinamometro”, strumento opportunamente tarato; l’operazione di “taratura del dinamometro” va considerata come parte integrante della definizione operativa della grandezza fisica “forza”. Schematicamente: ( convenzionalmente : per m º1 kg (unità di massa nel S.I.) 1 “unità di forza” º 9,8 “Newton”) oggetto deformabile che risponde in maniera riproducibile ad una sollecitazione di trazione e/o compressione unità di misura della forza nel S.I . 1 “unità di massa” m (arbitraria) …. ecc. 1 “unità di forza” 2 “unità di forza” U.Gasparini, Fisica I 2 m

Forze ed accelerazioni Esperimenti sull’effetto dell’applicazione di una forza sul moto dei corpi : a 1 “Newton” Il corpo di massa m=1kg subisce un’accelerazione F a = 1 m/s2 m= 1 kg 2 “Newton” a F a = 2 m/s2 4 “Newton” a F a = 4 m/s2 1 Newton a F a = 0.5 m/s2 2 N m= 2 kg a F a = 1 m/s2 4 N a F a = 2 m/s2 U.Gasparini, Fisica I

Forze e cambiamenti di direzione Inoltre: a = v2 / r = 1 m/s2 1 N v m=1 kg r = 1m v= 1 m/s a =v2 /r = 4 m/s2 4 N v m r v= 2 m/s U.Gasparini, Fisica I

Carattere “vettoriale” della forza e 2a legge di Newton Forze applicate separatamente: F=4N m=1 kg a=4m/s2 F=3 N a=3m/s2 Forze applicate contemporaneamente: F a=5m/s2 F L’insieme delle osservazioni sperimentali sopra schematicamente riportate si riassume nella seguente relazione vettoriale: 2a legge della dinamica ( legge di Newton ) : “massa inerziale” U.Gasparini, Fisica I risultante delle forze agenti sul corpo di massa m

“Quantità di moto”: p º m v m v Þ formulazione più generale della 2a legge della dinamica, valida anche per situazioni in cui m ¹ costante Esempi: i ) meccanica classica: razzo (sistema con massa variabile del combustibile) ii) meccanica relativistica ( v @ c=3 108 m/s, velocità della luce) “massa di riposo” (caratteristica intrinseca del corpo) U.Gasparini, Fisica I

Impulso di una forza “Impulso” di una forza F(t) in un dato intervallo di tempo ( t1, t2 ) : [ J ] = N s Forze che in tempi molto brevi (infinitesimi) esercitano un impulso finito: (ossia l’intensità della forza tende all’infinito nel tempo molto breve considerato) si dicono “forze impulsive”. Teorema dell’impulso: infatti, integrando la 2a legge di Newton: U.Gasparini, Fisica I

“Forza peso”: E’ la forza di attrazione gravitazionale cui è soggetto un corpo a causa della Terra “massa gravitazionale” Sperimentalmente, si osserva che sotto l’azione della sola forza peso, tutti i corpi si muovono con la stessa accelerazione a = 9,8 m/s2 º g : “massa inerziale” indipendente dalla massa legge di Newton Þ la massa gravitazionale è proporzionale alla massa inerziale la costante k dipende unicamente dall’unità di misura convenzionalmente scelta per Si può porre : U.Gasparini, Fisica I (ossia k  g)

Reazioni vincolari F a º 0 m mg Þ F a J mg La presenza di “vincoli” che limitano le possibilità di movimento di un corpo determina lo sviluppo di forze dette “reazioni vincolari”, dipendenti dalle altre forze agenti sul corpo (es., forza peso) e dal moto che il corpo è vincolato a compiere Esempi: i ) reazione vincolare di un piano d’appoggio orizzontale esercitata su un corpo in quiete F a º 0 m mg Þ risultante delle forze agenti sul corpo y F ii ) reazione vincolare di un piano inclinato “liscio” (ºprivo d’attrito Þ capace di sviluppare reazioni unicamente normali alla sua superficie) ay º 0 a J mg x U.Gasparini, Fisica I

Forza d’attrito statico Descrizione fenomenologica della forza d’attrito: i ) forza d’attrito statico: y F F F x mg mg “reazione normale” Si verifica sperimentalmente: forza di “attrito statico” “coefficiente di attrito statico”, caratteristico delle due superfici a contatto U.Gasparini, Fisica I

Equilibrio statico su un piano inclinato “scabro” y F J x mg Þ condizione per l’equilibrio statico su un piano scabro con coefficiente d’attrito statico ms U.Gasparini, Fisica I

Forza d’attrito dinamico y v F x mg “coefficiente di attrito dinamico”, indipendente dalla velocità Esempio: moto lungo un piano inclinato scabro: y F a mg J Legge di Newton: x Legge del moto: