Lo studio delle cause del moto: dinamica MECCANICA Lo studio delle cause del moto: dinamica

I PRINCIPI FONDAMENTALI DELLA DINAMICA (Leggi di Newton) I corpi interagiscono fra di loro mediante forze, che costituiscono le cause del cambiamento dello stato di moto. Le forze sono grandezze vettoriali.

VARI TIPI DI FORZA M m Q q r Forza Gravitazionali Forza Elettriche Forza Nucleare Forza Debole responsabile del decadimento - Nucleo Un neutrone si trasforma in un Protone con emissione di un elettrone ed un neutrino

I PRINCIPI FONDAMENTALI DELLA DINAMICA (Leggi di Newton) La tendenza di un corpo a mantenere il suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme è chiamata inerzia. Per questo il primo principio di della dinamica è spesso chiamato principio di inerzia. PRIMO 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

I PRINCIPI FONDAMENTALI DELLA DINAMICA (Leggi di Newton) I sistemi di riferimento in cui vale la prima legge di Newton sono detti sistemi di riferimento inerziali. Il primo principio della dinamica ha due aspetti: In un sistema inerziale un moto non rettilineo ed uniforme indica la presenza di forze; 2) l’osservazione di moto non rettilineo ed uniforme in assenza di forze indica che il sistema di riferimento non è inerziale.

Sole Terra Esempio 1: sistema rif centrato nel sole e orientazione invariante rispetto alle “stelle fisse” è inerziale. Un sistema di rif centrato nella terra non lo è perché ruota anche intorno all’asse, ma lo è in prima approssimazione. La scelta del sistema di riferimento è importante per lo studio del moto: se il sistema non è inerziale le traiettorie evidenziano forze apparenti percepite dall’osservatore nel riferimento non inerziale.

Le forze apparenti L’operatore che descrive un fenomeno in un sistema di riferimento non inerziale percepisce forze “ apparenti”. L’operatore che descrive un fenomeno in un sistema di riferimento non inerziale percepisce forze “ apparenti”. mg Fc R r

I PRINCIPI FONDAMENTALI DELLA DINAMICA (Leggi di Newton) SECONDO PRINCIPIO DELLA DINAMICA L’accelerazione di un corpo è direttamente proporzionale alla forza risultante agente su di esso ed è inversamente proporzionale alla sua massa. La direzione e il verso dell’accelerazione sono uguali alla direzione e al verso della forza risultante che agisce sul corpo.

MASSA La massa è una quantità costante caratteristica del corpo per cui qualunque sia la forza ad esso applicata si ha: t cos .... 3 2 1 = a F

UNITÀ DI MISURA DELLE FORZE L’unità di misura della forza nel S.I. è il newton (N), definito come la forza che imprime alla massa di 1 kg l’accelerazione di 1 m/s2. L’unità di misura della forza nel c.g.s. è la dina (dyn), definita come la forza che imprime l’accelerazione di 1 cm/s2 alla massa di 1 g. 1N=105dyn

I PRINCIPI FONDAMENTALI DELLA DINAMICA (Leggi di Newton) TERZO PRINCIPIO DELLA DINAMICA Se un corpo A esercita una forza (azione) su un corpo B, il corpo B esercita sul corpo A una forza uguale ed opposta (reazione). A B F F Sole Terra

I PRINCIPI FONDAMENTALI DELLA DINAMICA (Leggi di Newton) Il terzo principio della dinamica è anche detto principio di azione e reazione. Azione e reazione agiscono su differenti oggetti.

Azione e Reazione m M

La pressione dei gas (1) m Una particella che si muove all’interno di una camera vuota urtando le pareti determina una pressione. Perché?

La pressione dei gas (2) La particella ha modificato la sua quantità di moto, in base al 2° principio possiamo affermare che su di essa ha agito una forza per un certo tempo. m Ma se sulla particella ha agito un’azione, in base al 3° Principio, sulla parete ha agito una reazione uguale e contraria che è la causa della pressione

LEGGE DELLA GRAVITAZIONE UNIVERSALE LEGGE DI NEWTON Ogni particella dell’Universo attrae ogni altra particella con una forza che è direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza fra esse. Questa forza agisce lungo la linea congiungente le due particelle. G: costante di gravitazione universale G = 6.67  10–11 N·m2/kg2 16 16

LEGGE DELLA GRAVITAZIONE UNIVERSALE 17 17

FORZA PESO La forza peso è l’attrazione gravitazionale esercitata dalla Terra sui corpi in vicinanza della sua superficie. Essa è diretta secondo la verticale ed è orientata verso il basso. = accelerazione di gravità terrestre 18 18

FORZA PESO dove MT e RT sono la massa ed il raggio terrestri MT = 5.98  1024 kg RT = 6.38  106 m Tutti i corpi, in vicinanza della superficie terrestre, possiedono la stessa accelerazione g. La massa di 1 kg ha peso P = 1 kg·9.8 m/s2 = 9.8 N. 19 19

MISURA DELLE FORZE bilance … Le forze si misurano con vari metodi, diretti ed indiretti. Gli strumenti più semplici per la misura diretta delle forze sono: bilance … 20 20

MISURA DELLE FORZE … e dinamometri Per misurare la forza in modo statico si usano le molle, l’entità dell’allungamento della molla sotto il peso di un corpo dà una misura della forza peso. Il dinamometro che dà una misura statica della forza, consente anche la misura dell’orientamento nello spazio della forza attraverso l’asse di allungamento. 21 21

LEGGE DI HOOKE La proporzionalità fra la deformazione prodotta nella molla di un dinamometro e l’intensità della forza applicata (alla base del funzionamento del dinamometro) è descritta dalla legge di Hooke: per corpi vincolati soggetti a sollecitazioni sufficientemente piccole esiste una proporzionalità diretta fra la deformazione e la causa deformante. F: causa deformante x: deformazione F= kx è la legge di Hooke k = costante elastica I fenomeni di deformazione che obbediscono alla legge di Hooke si dicono elastici

Effetto della forza Una forza può essere presente e non determinare alcun effetto visibile, essendo equilibrata da altre forze. In tal caso la risultante (somma vettoriale di tutte le forze) è nulla: