Le forze e il movimento

La resistenza dell'aria è una forza che dipende da molti fattori: dalla densità dell'aria, dalla forma, dalla superficie e anche dall'arientamento dell'oggetto in movimento. Inoltre aumenta al crescere della velocità dell'oggetto.

Senza aria l'unica forza che agirebbe si di un corpo sarebbe quella di gravità. Immaginando di eliminare l'aria gli oggetti si muovono in caduta libera. Per un oggetto di massa m, sottoposto alla sola forza di gravità P, la legge fondamentale della Dinamica diventa:

dove per g è l'accelerazione (costante) di gravità, pari a 9.8 m/s . g è una costante che non dipende dalle caratteristiche dell'oggetto.

Sappiamo che la forza di gravità P è costante durante la caduta, per la legge fondamentale della Dinamica, anche l'accelerazione g è costante e quindi il moto è uniformemente accelerato. Lasciando cadere un oggetto da fermo siamo in grado di prevedere quanto spazio s percorre e qual è la sua velocità istantanea v in ogni istante di tempo t:

Queste previsioni sono valide solo se trascuriamo la resistenza dell'aria. Questa sono si fa sentire all'inizio del moto, ma dopo che l'oggetto ha acquistato velocità. Man mano che la sua velocità aumenta, la resistenza dell'aria diventa sempre più intensa fino a che arriva ad eguagliare la forza di gravità. Da questo istante in poi la forza totale sull'oggetto è zero ed esso si muove a velocità costante. Questa velocità si chiama velocità limite.

La legge fondamentale della Dinamica, espressa per un oggetto in caduta libera

P = m g

mette in luce la relazione tra il peso P e la massa m. Il rapporto tra il peso e la massa è una costante ed è uguale al valore che g ha in quel luogo

Ciò che significa che i pesi degli oggetti sono proporzionali alle loro masse. Il peso dipende dall'accelerazione gravitazionale

forza peso

OSSERVAZIONE: Il libro è fermo sul tavolo perchè il suo peso è equilibrato dalla reazione del vincolo

La resistenza dell'aria è una forza che dipende da molti fattori:

dalla densità dell'aria

dalla forma dell'oggetto

dalla superficie dell'oggetto

dall'orientamento dell'oggetto

Aumenta al crescere della velocità dell'oggetto (fino a una velocità limite)

In assenza di aria il moto del corpo è uniformemente accelerato e segue la legge

Il moto di un proiettile sparato orizzontalmente si compone di due movimenti indipendenti: un moto rettilineo uniforme in orizzontale ed un moto uniformemente accelerato in verticale. Sul corpo agisce una sola forza: quella di gravità che lo fa cadere a terra. In orizzontale non c'è alcuna forza che lo spinge: il proiettile va avanti per inerzia.

Se applichiamo una forza maggiore in orizzontale, nello stesso tratto che compie in tratto verticale, esso avanza per distanza più lunga in orizzontale, perché la sua velocità in questa direzione è maggiore. Man mano che aumenta la velocità iniziale, la traiettoria del proiettile diventa sempre meno incurvata.

I satelliti sono dei proiettili sparati con una velocità tale che non riescono più ad atterrare. Se non ci fosse la forza di gravità, il satellite non potrebbe ruotare intorno alla Terra, ma sfuggirebbe per inerzia lungo la tangente e si perderebbe nello spazio. La forza che "tira" l'oggetto verso il centro di rotazione si chiama forza centripeta.

Un oggetto che si muove di moto circolare uniforme subisce una forza centripeta, che lo attrae continuamente verso il centro di rotazione.

Alla forza centripeta corrisponde un'accelerazione centripeta, anch'essa diretta verso il centro di rotazione.

F = forza di richiamo, cioè una forza che si oppone al movimento. Ha verso opposto al movimento

Se non ci fossero gli attriti la molla oscillerebbe all'infinito

moto oscillatorio

grazie all'attrito il moto si trasforma in moto smorzatorio

Periodo dell'oscillazione: tempo impiegato per fare un'oscillazione completa.

OSSERVAZIONE: Nel punto O (di equilibrio) la forza è zero perché la molla non è ne estesa ne contratta.

Quando la molla non si trova più in equilibrio, in O la velocità è al massimo, mentre in A e B la velocità è 0

Sperimentalmente, si è ricavata la legge di Hocke che esprime la forza elastica di richiamo:

F = forza di richiamo

= dovuto al fatto che la forza e lo spostamento hanno versi opposti

k = costante elastica della molla. Dipende dal tipo di molla con cui si ha a che fare

s = spostamento subito dalla molla, misurato rispetto alla posizione O di equilibrio.

k si misura in Kg/s

F si misura in N

s si misura in m

Questa forza si chiama "di richiamo" perché tende a richiamare il corpo verso la posizione di equilibrio

Il pendolo può essere anche usato per misurare l'accelerazione di gravità. Per sapere quanto è grande g basta far oscillare il pendolo e misurare il suo periodo T. T dipende solo dall'accelerazione di gravità g e dalla lunghezza l del filo.

Dopo aver misurato l e T, si può ricavare g:

Questa regola vale per le piccole oscillazioni!