1. Le cause del moto
a. Cause del moto
b. Elementi una forza
c. Rappresentazione grafica di una forza
d. Misura della forza
CAUSE DEL MOTO
Un corpo isolato tende a mantenere il suo stato di moto rettilineo uniforme (ad esempio un corpo nello spazio). Infatti lo stato naturale dei corpi non è la quiete ma il moto rettilineo uniforme.
Qual è la causa del cambiamento del moto o dello stato di quiete di un corpo?
1. La forza
a. Elementi una forza
Gli elementi che caratterizzano una forza sono: intensità, punto di applicazione, direzione e verso.
L’intensità è il valore di una forza e si misura in Newton o
kilogrammo peso
Il punto di applicazione è il punto in cui viene esercitata la forza La direzione è la retta lungo la quale la forza agisce
Il verso è il senso di azione della forza
Due forze possono avere effetto diverso se almeno uno degli elementi è diverso.
La forza F applicata al quadrato sposta il poligono orizzontalmente
La forza F applicata sul vertice fa ruotare in avanti il quadrato
Cambia il punto di applicazione cambia l’effetto della forza F.
Un corpo passa dal suo stato naturale di moto uniforme ad un moto vario o uniformemente accelerato o di quiete se su di esso agisce una forza.
Quindi la causa del cambiamento di moto di un corpo è detta forza.
Si chiama forza tutto ciò che produce un’accelerazione, cioè provoca un cambiamento dello stato di quiete o di moto del corpo a cui essa è applicata.
b. Rappresentazione grafica della forza
La forza viene rappresentata con un segmento orientato, detto vettore. a. La lunghezza del vettore (in scala) rappresenta l’intensità b. La retta che lo comprende rappresenta la direzione c. L’origine rappresenta il punto di applicazione
d. La punta della freccia rappresenta il verso
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La forza è una grandezza vettoriale perché è caratterizzata da una direzione e da un verso.
Altre grandezze vettoriali sono: la velocità e l’accelerazione. Le altre grandezze, lunghezza, massa, capacità, … sono grandezze scalari.
c. Misura della forza
L’unità di misura nel S.I. è il newton (N). Si può utilizzare anche il kgp.
1 N è la forza necessaria per dare a 1 kg di massa una accelerazione di 1 m/s²
1 kgp è la forza necessaria per dare a 1 kg di massa una accelerazione
di 9,8 m/s²
1 kgp= 9,8 N
1 N = 0,102 kgp
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1 kg di massa in caduta libera viene accelerato di 9,8m/s², quindi viene attirato da una forza uguale a (1kg x 9,8 m/s²)= 9,8 N= 1kgp
Lo strumento di misura della forza è il dinamometro (dal greco
dynamis= forza e metron= misura).
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Il dinamometro è il vero strumento per misurare il peso di un corpo, mentre la bilancia misura la massa di un corpo (la quantità di materia)
Se due ragazzi al tiro alla fune applicano rispettivamente 300N in un verso e 400N nell’altro verso, la è R=(400-300)N= 100N= 10 kg
100N è la forza con cui uno dei ragazzi tirerebbe l’altro verso di sé nel caso in cui quest’ultimo non opponesse resistenza.
d. Composizione delle forze
Quasi sempre su un corpo agiscono più forze. La forza totale che fa muovere il corpo è la forza risultante.
La forza risultante dipende dagli elementi delle forze applicate, dette forze componenti.
Forze con la stessa direzione e stesso verso.
La risultante di due forze che hanno stesso verso e stessa direzione è una forza che ha la direzione e il verso delle forze componenti e un’intensità uguale alla somma delle intensità di ciascuna forza componente.
F1 F2
Le due forze componenti F1 e F2 applicate sul corpo esercitano una forza totale R uguale alla somma delle due forze
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Se due cani trainano una slitta rispettivamente con una forza di 100N e 200N, la forza risultante applicata sulla slitta è R=(100+200)N= 300N= 30 kg
Forze con la stessa direzione e verso opposto.
La risultante di due forze che hanno la stessa direzione e verso opposto è una forza che ha la direzione delle forze componenti, il verso della componente maggiore e un’intensità uguale alla differenza delle intensità di ciascuna forza componente.
F1 F2
R
Le due forze componenti F1 e F2 applicate sul corpo esercitano una forza totale R uguale alla differenza delle sue forze. Il verso è quello della componente maggiore.
Forze con lo stesso punto di applicazione, ma direzione diversa
La risultante di due forze che hanno lo stesso punto di applicazione, ma direzione diversa ha direzione , verso e intensità della diagonale del parallelogramma che ha per lati le due forze componenti e le loro parallele.
Fig.
Per trovare la risultante R si procede nel seguente modo: § Disegnare le due forze in scala e con l’angolo richiesto § Tracciare le parallele alle forze F1 e F2
§ Tracciare la diagonale del parallelogramma ottenuto, partendo dal punto di applicazione delle forze componenti § La lunghezza della diagonale, in scala, è l’intensità di R.
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Scomposizione di una forza
Immaginiamo di voler trascinare un corpo con una forza R, ma applicando due forze nelle direzioni
indicate dalle rette r ed s.
Individuare l’intensità delle due forze F1 e F2.
Procedimento
Traccia le parallele a r ed s a partire dal punto A
1. Due rimorchiatori esercitano rispettivamente una forza di 1,7x105 N.
Calcola la risultante sapendo che l’angolo fra le due forze è 90°. 2. Due forze di intensità 300N e 400N e perpendicolari fra loro sono
applicate allo stesso punto. Qual è il valore della forza risultante? 3. Due forze di intensità 200N e 400N sono applicate ad uno stesso
Traccia i vettori F1 e F2 sulle rette r ed s Misurare le lunghezze di F1 e F2
LEGGI DEL MOTO
1. Prima legge del moto o principio di inerzia
Esempi che spiegano il principio di inerzia
1 caso. Prima che il pullman si fermasse bruscamente i passeggeri insieme al pullman erano in uno
stato di moto. La forza dei ha agito sul pulman, ma non sui passeggeri che per inerzia continuano il loro movimento in avanti. Se non fossero aggrappati ai sostegni e non vi fosse la forza di gravità continuerebbero il loro moto in uno stato di moto rettilineo uniforme.
2 caso. Prima che la macchina partisse l’autista insieme alla macchina erano in uno stato di quiete.
La forza del motore ha agito sulla macchina, ma non sull’autista che per inerzia vuole mantenere il suo stato di quiete. Non fosse stato aggrappato allo sterzo e non fosse stato ostacolato dallo schienale per inerzia sarebbe rimasto fermo nel punto di partenza.
3° caso. La bicicletta viene fermata dal marciapiede, ma il ragazzo vorrebbe continuare la sua corsa
per inerzia. Purtroppo non sa volare e non ha considerato che la forza di gravità impedisce di provare l’ebbrezza di entrare in orbita attorno alla Terra.
2. Seconda legge del moto
3. Terza legge del moto o principio di azione e reazione
Esempi
a. L’aria che fuoriesce da un palloncino spinge verso il basso (azione), ma il palloncino sale verso l’alto (reazione)
b. Quando camminiamo o corriamo i nostri piedi esercitano una forza all'indietro contro il suolo e questo reagisce con una forza uguale e contraria spingendoci in avanti. Lo stesso fanno le ruote di un'automobile. In mare i remi dei vogatori e le pale dell'elica spingono contro l'acqua. E nei cieli le eliche degli aeroplani spingono contro l'aria. L’acqua e l’aria rispondono sulle navi e sugli aerei facendoli avanzare.
Un corpo rimane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme fino a quando non interviene una forza su di esso
In un pullman i passeggeri in piedi sono aggrappati ai sostegni. Il pullman si ferma bruscamente e i passeggeri si spostano violentemente in avanti.
Una macchina parte bruscamente e l’autista viene spinto contro lo schienale del sedile.
Un ragazzo in bicicletta va contro un marciapiede: la bicicletta di ferma e il ragazzo balza in avanti.
Un corpo sottoposto ad una forza subisce una accelerazione che è direttamente proporzionale alla forza che l’ha prodotta.
a m
F
Ad ogni forza che agisce su un corpo (azione) corrisponde un’altra forza (reazione) uguale in intensità e direzione, ma di verso contrario.
