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Academic year: 2021

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LE FORZE

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Le forze

§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.

(3)

Una forza cambia la velocità

§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.

(4)

Una forza è una grandezza vettoriale

§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.

(5)

Il dinamometro

§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.

(6)

Il newton

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.

(7)

La forza-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.

(8)

La massa

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.

(9)

Relazione tra forza-peso e massa

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:

F!p

F!p

(10)

Il valore di g sulla Terra

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 N

9,80 0,102 kg kg Fp

g = m = =

9,8 N/kg

p p

F F

m = g =

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La forza elastica

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.

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

La legge di Hooke

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

La formula dice che:

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Le forze di attrito

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).

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La forza di attrito radente

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.

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(16)

Modulo massimo dell’attrito statico

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.

µs

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(18)

§ 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

Sintesi forze di attrito statico/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.

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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.

Coefficienti di attrito

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