Fisica: lezioni e problemi

Presentazione sul tema: "Fisica: lezioni e problemi"— Transcript della presentazione:

1 Fisica: lezioni e problemi
Giuseppe Ruffo Fisica: lezioni e problemi

2 Unità A3 - Le grandezze vettoriali
Gli spostamenti e i vettori La scomposizione di un vettore Le forze Gli allungamenti elastici Le operazioni sulle forze Le forze di attrito Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

3 Lezione 1 - Gli spostamenti e i vettori
Gli spostamenti sono grandezze vettoriali, caratterizzate da intensità, direzione e verso Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

4 Lezione 1 - Gli spostamenti e i vettori
Per definire uno spostamento dobbiamo specificare: la lunghezza dello spostamento); in che direzione ci si sposta (lungo quale retta) in quale dei due possibili versi ci si sposta lungo la direzione. Lo spostamento dal punto O al punto A è rappresentato dal segmento orientato OA Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

5 Lezione 1 - Gli spostamenti e i vettori
Due spostamenti sulla stessa retta si sommano se hanno lo stesso verso, si sottraggono se hanno versi opposti. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

6 Lezione 1 - Gli spostamenti e i vettori
Somma (risultante) di due spostamenti su rette diverse. Metodo punta-coda spostamenti consecutivi: uniamo la coda del primo e la punta del secondo Regola del parallelogramma spostamenti con origine in comune: la somma è la diagonale del parallelogramma Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

7 Lezione 1 - Gli spostamenti e i vettori
Lo spostamento è una grandezza fisica vettoriale. velocità, accelerazione, forza, sono grandezze vettoriali un vettore è caratterizzato da modulo, direzione e verso Grandezze fisiche non vettoriali sono dette scalari tempo, massa, temperatura, sono grandezze scalari uno scalare è caratterizzato da un valore numerico Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

8 Lezione 1 - Gli spostamenti e i vettori
Somma di vettori: metodo punta-coda o regola del parallelogramma Moltiplicazione di un vettore per un numero k: Modulo: moltiplicato per k Direzione: invariata Verso: resta lo stesso se il numero k è positivo, si inverte se k è negativo. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

9 Lezione 1 - Gli spostamenti e i vettori
Opposto di un vettore: vettore di partenza moltiplicato per -1 Differenza di vettori: somma del primo vettore con l’opposto del secondo Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

10 Lezione 2 - La scomposizione di un vettore
Un vettore può essere scomposto in due componenti perpendicolari fra loro Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

11 Lezione 2 - La scomposizione di un vettore
Scriviamo il vettore come somma di due vettori componenti e allineati con gli assi cartesiani: Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

12 Lezione 2 - La scomposizione di un vettore
Le componenti vx e vy di un vettore sono quantità scalari che corrispondono ai moduli dei vettori componenti. Il segno delle componenti dipende dal verso dei vettori componenti. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

13 Lezione 2 - La scomposizione di un vettore
Legame tra modulo del vettore e componenti (teorema di Pitagora) Con angoli di 30°, 45° o 60° si possono usare relazioni geometriche Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

14 Lezione 2 - La scomposizione di un vettore
In un triangolo rettangolo, il coseno dell’angolo α è il rapporto tra il cateto adiacente ad α e l’ipotenusa Un cateto è uguale al prodotto dell’ipotenusa per il coseno dell’angolo adiacente Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

15 Lezione 2 - La scomposizione di un vettore
Calcolo delle componenti di un vettore forma un angolo α con il semiasse x positivo oppure I coseni si calcolano con la calcolatrice Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

16 Lezione 2 - La scomposizione di un vettore
Somma di vettori usando le componenti. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

17 Lezione 3 - Le forze Le forze sono grandezze fisiche che possiamo rappresentare con un segmento orientato, come i vettori Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

18 Lezione 3 - Le forze Forze di contatto: localizzate distribuite
Osserviamo l’azione di diversi tipi di forze Forze di contatto: localizzate distribuite Forze a distanza, come la forza magnetica o la forza elettrostatica Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

19 Lezione 3 - Le forze La forza di gravità o forza-peso è una forza a distanza esercitata dalla Terra su tutti i corpi: agisce lungo la verticale del luogo in cui si trova il corpo; è diretta verso il basso; è una forza distribuita, ma può essere pensata applicata in un solo punto del corpo, detto baricentro Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

20 Lezione 3 - Le forze Nel SI la forza è una grandezza derivata; la sua unità di misura è il newton (N). La Terra esercita una forza attrattiva di circa 9,8 N su un oggetto di massa 1 kg, a livello del mare e alle nostre latitudini a una massa di 1 kg corrisponde un peso di 9,8 N: Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

21 Lezione 3 - Le forze La forza è una grandezza vettoriale
Le forze sono rappresentate come segmenti orientati la lunghezza del segmento orientato è proporzionale all’intensità della forza; la retta su cui giace il segmento è detta retta d’azione della forza; la punta della freccia rappresenta il verso della forza Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

22 Lezione 3 - Le forze Le forze agiscono provocando:
cambiamenti di velocità deformazioni dei corpi Forze interne sono responsabili della struttura dei corpi. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

23 Lezione 3 - Le forze Tutte le forze che agiscono in natura sono state raggruppate in quattro forze fondamentali: Forza gravitazionale Forza elettromagnetica Forza nucleare forte Forza nucleare debole Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

24 Lezione 4 - Gli allungamenti elastici
La deformazione di una molla, sottoposta a una forza, è proporzionale all’intensità della forza Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

25 Lezione 4 - Gli allungamenti elastici
Se attacchiamo un peso all’estremità di una molla, la molla si allunga Gli allungamenti sono direttamente proporzionali ai pesi applicati Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

26 Lezione 4 - Gli allungamenti elastici
P è il peso, a è l’allungamento e k è la costante elastica della molla. Nel SI la costante elastica k si misura in N/m (newton su metro) La costante elastica k dipende da geometria e materiale della molla Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

27 Lezione 4 - Gli allungamenti elastici
Legge di Hooke (empirica): Se a una molla di costante elastica k si applica una forza, l’allungamento a è direttamente proporzionale alla forza F Se la forza supera un valore critico, la molla si deforma in modo permanente (perde la sua elasticità) e non vale più la proporzionalità. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

28 Lezione 4 - Gli allungamenti elastici
Il dinamometro è uno strumento di misura (statica) delle forze che si basa sull’allungamento di una molla. Taratura di un dinamometro: determinazione dell’allungamento della molla prodotto da forze di valore noto Portata di un dinamometro: massimo valore di forza misurabile, corrispondente al valore critico di allungamento della molla. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

29 Lezione 4 - Gli allungamenti elastici
Forza di richiamo esercitata dalla molla: Lo spostamento s è misurato rispetto alla posizione di riposo della molla Forza di richiamo e spostamento hanno verso opposto. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

30 Lezione 5 - Le operazioni sulle forze
Con le forze si possono fare tutte le operazioni che si fanno con i vettori Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

31 Lezione 5 - Le operazioni sulle forze
Le forze sono grandezze vettoriali: le operazioni sulle forze seguono le regole delle operazioni sui vettori. Somma di forze: l’effetto della somma delle forze che agiscono su un corpo (forza risultante) è la somma degli effetti delle singole forze. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

32 Lezione 5 - Le operazioni sulle forze
Somma di forze con la stessa retta di azione Le intensità si sommano quando i versi sono concordi, si sottraggono quando sono discordi Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

33 Lezione 5 - Le operazioni sulle forze
Somma di forze con retta di azione diversa: si applica la regola del parallelogramma Se le forze sono perpendicolari, si applica il teorema di Pitagora: Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

34 Lezione 5 - Le operazioni sulle forze
Per sommare tre forze, si applica due volte la regola del parallelogramma Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

35 Lezione 5 - Le operazioni sulle forze
Una forza può essere scomposta nei suoi vettori componenti: Calcolo delle componenti scalari di una forza: Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

36 Lezione 5 - Le operazioni sulle forze
Su un piano inclinato, la forza peso che agisce su un oggetto viene spesso scomposta lungo le direzioni parallela e perpendicolare al piano: Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

37 Lezione 6 - Le forze di attrito
Le forze di attrito sono presenti quando un corpo è a contatto con un altro corpo solido o con un fluido. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

38 Lezione 6 - Le forze di attrito
Se si cerca di muovere un blocco appoggiato su una superficie, l’attrito si oppone al moto: per fare muovere il blocchetto occorre applicare una forza. L’attrito è dovuto alle irregolarità, anche microscopiche, delle superfici in contatto fra loro. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

39 Lezione 6 - Le forze di attrito
Forza di primo distacco: valore minimo della forza necessaria per mettere in movimento il blocco. La forza di primo distacco è tanto maggiore quanto più il blocco preme sulla superficie di appoggio. Coefficiente di attrito statico: rapporto tra forza di primo distacco e forza premente. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

40 Lezione 6 - Le forze di attrito
Il coefficiente di attrito statico ks dipende dalla natura e dalle condizioni delle superfici a contatto. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

41 Lezione 6 - Le forze di attrito
La forza di attrito statico effettiva Fas si oppone al moto ed è sempre minore o uguale alla forza di primo distacco: ks = coeff. di attrito statico; Fp = forza premente ksFp = forza di primo distacco Su un piano orizzontale Fp è uguale al peso P dell’oggetto, su un piano inclinato Fp è inferiore al peso P. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

42 Lezione 6 - Le forze di attrito
Forza di attrito radente (Far): forza di attrito che agisce su un corpo che si muove strisciando. La forza di attrito radente è indipendente dalla velocità di strisciamento. kr = coefficiente di attrito radente Fp = forza premente A parità di tipologia di superfici, si ha kr < ks la forza di attrito radente è minore della forza di primo distacco La forza di attrito volvente agisce su un corpo che rotola. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

43 Lezione 6 - Le forze di attrito
Attrito del mezzo: forza di attrito che agisce su un corpo che si muove in un fluido. L’attrito del mezzo dipende dalle caratteristiche del fluido, ma anche dalla geometria del corpo che si muove. L’attrito del mezzo dipende dalla velocità: per velocità basse la forza di attrito del mezzo è proporzionale alla velocità: Fa = h1v per velocità più elevate l’attrito è proporzionale al quadrato della velocità: Fa = h2v2 Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011

44 Unità A3 - Le grandezze vettoriali
Le forze Misura delle forze Spostamenti Operazioni con i vettori Allungamenti elastici Forze di attrito Somma Scomposizione Peso Componenti Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi - Edizione azzurra © Zanichelli editore 2011