LE FORZE

Leforze

§La forza è una grandezza fisica che descrive l’interazione tra due corpi o sistemi.

Esistono due tipi di forze:

§ forze di contatto che si manifestano solo quando i corpi vengono a contatto tra loro (es.: vento che spinge sulle vele, galleggiamento sull’acqua);

§ forze a distanza che si manifestano anche senza contatto (es.: forza di gravità durante un salto).

La forza di gravità che la Terra esercita su tutti i corpi in prossimità della sua superficie è chiamata forza-peso.

Unaforzacambialavelocità

§Una forza non contrastata da altre forze:

§applicata a un corpo fermo, lo mette in movimento;

§applicata a un corpo in movimento, ne cambia la sua velocità.

Più forze applicate allo stesso corpo possono bilanciarsi e annullarsi tra loro.

Unaforzaèunagrandezzavettoriale

§Per definire completamente una forza bisogna specificarne:

§ l’intensità (o modulo);

§ la direzione;

§ il verso.

La forza totale a cui è soggetto un corpo è detta forza risultante.

Quando su un corpo agiscono più forze, la forza totale è data dalla loro somma vettoriale.

Ildinamometro

§Il dinamometro è uno strumento che misura le forze usando le proprietà delle molle.

Due forze hanno la stessa intensità se, applicate alla molla di un dinamometro, provocano allungamenti uguali.

Ilnewton

Un newton è l’intensità della forza-peso con cui la Terra attrae un corpo di massa 102 g posto sulla sua superficie.

Nel Sistema Internazionale l’unità di misura della forza è chiamata newton (N).

Tarare un dinamometro significa mettere in corrispondenza ogni allungamento della molla con l’intensità della forza che lo provoca.

Laforza-peso

La forza-peso che agisce su un corpo può cambiare da un posto a un altro.

La forza-peso è la forza di attrazione gravitazionale che la Terra esercita su tutti i corpi in prossimità della sua superficie. § è una grandezza vettoriale;§ il suo modulo è misurato con il

dinamometro.

Esempio: salendo rispetto al livello del mare, la forza-peso diminuisce: a una quota di 10.000 m è inferiore del 3 per mille rispetto al livello del mare.

Lamassa

La massa di un corpo è sempre la stessa dappertutto.

La massa è una caratteristica del corpo.

§ è una grandezza scalare;§ è misurata con la bilancia a bracci

uguali.

Esempio: a una quota di 10 000 m la bilancia a bracci uguali misura esattamente lo stesso valore che indica al suolo.

Relazionetraforza-pesoemassa

in un dato luogo la forza-peso è direttamente proporzionale alla massa m.

Esiste tuttavia una relazione tra forza-peso e massa:

§ direzione verticale;§ verso che va dall’alto in basso;§ modulo espresso dalla formula:

Il vettore ha:

!Fp

!Fp

Ilvaloredig sullaTerra

La bilancia pesapersone misura la forza-peso in newton con il suo dinamomentro interno, ma è tarata in modo da mostrare sul display il valore della massa in kg:

Dalla formula del modulo della forza-peso e dalla definizione del newton si ricava:

Poiché il valore di g varia da luogo a luogo normalmente si usano solo due cifre significative: g = 9,8 N/kg

1,00 N N9,80 0,102 kg kg

pFgm

= = =

9,8 N/kgp pF Fmg

= =

Laforzaelastica

La forza che una molla allungata o compressa esercita su qualunque corpo a contatto con una sua estremità è chiamata forza elastica.

Una molla allungata o compressa tende a tornare alla sua lunghezza originaria, detta lunghezza a riposo.

I dati sperimentali mostrano che i valori della forza e i corrispondenti valori dell’allungamento della molla sono direttamente proporzionali.

§ la relazione tra i moduli esprime la proporzionalità tra F e xmediante la costante k che è caratteristica di ogni molla (più kè grande, più la molla è rigida).

LaleggediHookeIl comportamento di una molla è descritto dalla legge di Hooke:

La formula dice che:

Leforzediattrito

Le forze di attrito si oppongono sempre al movimento.

§ La forza di attrito radente si esercita tra due superfici (es.: scarpa e terreno).

§ La forza di attrito viscoso si ha quando un corpo si muove in un fluido (es.: paracadutista nell’aria).

L’attrito può essere:

§ dannoso – si cerca di ridurlo con lubrificanti e studi aerodinamici;

§ utile – viene progettato intenzionalmente (es.: freni, scarpette da arrampicata).

Laforzadiattritoradente

A livello microscopico tutte le superfici presentano irregolarità.

Due solidi a contatto incontrano una resistenza a scorrere l’uno sull’altro a causa delle asperità microscopiche delle loro superfici.

In particolare, si definisce:

§ attrito radente statico la resistenza al tentativo di mettere in moto un corpo da fermo;

§ attrito radente dinamico la resistenza alla prosecuzione del moto di un corpo.

Modulomassimodell’attritostatico

L’esperienza dimostra che l’intensità massima della forza di attrito statico è data dalla formula:

Dove:§ il coefficiente di attrito statico è

un numero puro che dipende dai materiali a contatto;

§ la forza premente è la forza totale con cui il corpo preme perpendicolarmente sulla superficie d’appoggio.

sµ

§ dipende dai materiali delle due superfici a contatto;

§ non dipende dall’area di contatto;

§ è parallela alle due superfici;§ ha verso tale da opporsi al

movimento;§ può assumere qualsiasi

intensità tra 0 N e un valore massimo;

§ ha intensità massima direttamente proporzionale al modulo della forza

Sintesiforzediattritostatico/dinamico

§ dipende dai materiali delle due superfici a contatto;

§ non dipende dall’area di contatto;

§ è parallela alle due superfici;§ ha verso opposto a quello del

moto;§ ha modulo direttamente

proporzionale a quello della forza premente.

Il coefficiente di attrito dinamico è sempre minore del coefficiente di attrito statico tra la stessa coppia di materiali.Perciò la forza necessaria a mettere in moto un oggetto fermo è maggiore di quella per trascinarlo quando è già in movimento.

Coefficientidiattrito