Le forze

Le forze

Qual è il concetto di forza?

Se  noi calciamo un pallone inizialmente fermo, o in quiete, noteremo che esso comincerà a  muoversi; saremo portati, quindi, a considerare la  forza muscolare inferta al pallone la causa che mette in movimento un corpo inizialmente fermo. 

Altresì se una persona si oppone alla traiettoria assunta dal pallone, arrestando lo stesso , potremo affermare che le forze sono la causa capace di arrestare un corpo in movimento.

Mentre, se noi sferriamo un pugno contro una parete di polistirolo, noteremo che esso, sì  fermerà il nostro pugno, ma ne rimarrà deformato; sarebbe lecito dedurre , a questo punto, che le forze sono la causa delle  deformazioni di un  qualsiasi corpo.

I tre esperimenti sopra enunciati ci inducono a formulare tre ipotesi diverse ma tutte vere a partire, però , da effetti differenti : il primo e il secondo esempio si basano su gli effetti dinamici mentre il terzo esempio descrive l'effetto statico. Generalizzando i risultati delle esperienze descritte, possiamo concludere dicendo che le forze possono produrre sia effetti dinamici sia effetti statici, il che significa che le forze non sono solo le cause responsabili del mutamento dello stato di moto di un corpo, ma anche il fattore che ne determina la deformazione. 

Nello svolgimento di questi tre fenomeni non abbiamo specificato, però, qual' è l'intensità delle forze descritte. Un procedimento per misurare l' intensità delle forze consiste nel determinare il cambiamento nella forma e nelle dimensioni di un corpo non accelerato, ad esempio una molla su cui viene applicata una forza: questo procedimento è detto di tipo statico.Una forza che agisce su un corpo produce un'accelerazione, tuttavia tale accelerazione può essere annullata se si applica al corpo stresso un'altra forza di uguale intensità alla prima ma di verso opposto.Quindi possiamo dire che due forze si definiscono di uguale intensità se , applicate ad uno stesso corpo, producono uguali deformazioni.Uno strumento con il quale si perviene alla misura assoluta è il dinamometro costituito da una molla , che quando solo una delle due estremità è fissata a un corpo rigido( mentre all'alta non è agganciato nessun oggetto)  si dice in condizione di riposo, quindi applicando accanto alla molla una striscia di carta da utilizzare come indice potremo scrivere '0' a fianco dell' estremità libera;un cilindretto metallico (potrebbe essere un qualsiasi oggetto!) considereremo il suo peso la nostra forza unitaria e di conseguenza scriveremo '1' a fianco del punto di congiunzione della molla con l'oggetto.

adesso cercheremo altri oggetti aventi lo stesso peso, noteremo che alcuni di essi (posizionati sul dinamometro) causano un'estensione della molla  compresa tra 0 e 1, altre ben oltre 1 e quando troveremo un oggetto che che causa una dilatazione pari a 1 potremo dire che questo oggetto ha un'intensità uguale a quella dell'oggetto campione.Agganciando entrambi i corpi allo strumento potremo aggiungere '2' all'indice.Procedendo in questo senso arriveremo alla taratura dello strumento. 

E' possibile dimostrare che le forze si sommano secondo le regole dei vettori, come nell'esperimento seguente.Procuriamoci tre dinamometri, una rondella, del filo di nylon e del nastro adesivo.Posizioniamo i tre dinamometri sotto il foglio di carta e colleghiamoli alla rondella mediante il filo di nylon. La rondella è in stato di quiete, pertanto, tutto le forze che agiscono su di esso si annullano. Calchiamo con una matita sopra i fili di nylon al fine di individuare la direzione e il verso delle forze e infine appuntiamo il valore segnato dai tre dinamometri per conoscere l'intensità di esse.Utilizziamo ( arbitrariamente!) una scala per rappresentare le forze facendo  corrispondere 1N a 1cm. Adesso disegniamo, in coincidenza delle rette, tre frecce che abbiano  come estremo comune il centro della rondella e che siano di lunghezza proporzionale all'intensità delle forze segnalate dai rispettivi dinamometri. Per dimostrare, infine, che le forze sono vettori sommiamo con il metodo del parallelogramma F1 e F2 e la loro somma con F3 (utilizzando la proprietà associativa). Il totale ci darà 0 N, il che vuol dire che le forze complessive, a cui la rondella è sottoposta, come supposto è zero.Abbiamo così definitivamente provato che le forze sono grandezze vettoriali e quindi metteremo una freccia sopra ogni lettera che simboleggia un vettore forza

Con l'utilizzo di un altro procedimento, questa volta di tipo dinamico, è  possibile calcolare l'intensità della forza totale a cui è sottoposto un corpo.In basa a questo procedimento  due o più forze  applicate a un corpo sono equivalenti ad un unica forza e , viceversa, una determinata forza può essere scomposta in due o più forze che hanno lo stesso effetto. A due forze si può sostituire , dunque, un'unica forza (detta risultante) caratterizzata dal vettore corrispondente alla diagonale ( avente origine dal punto stesso) del parallelogramma avente per lati le due forze date; questo metodo è detto appunto regola del parallelogramma.

Abbiamo in precedenza fatto uso del termine 'verso' e poc'anzi del termine vettore associandoli alla parola forza.Ciò non è errato.Si può facilmente notare ,dall'ultimo grafico,che la forza risultante non è la somma algebrica di F1 ed F2 , pertanto la forza non è annoverabile tra le grandezze scalari, ma tra quelle vettoriali e  per far parte  di questo insieme deve avere certi requisiti che sono:

L' intensità;

Il verso;

La direzione.

La forza ha infatti tutti questi requisiti.Infatti se trascinassimo, con l'aiuto di una fune, un sasso ,la direzione della forza coinciderebbe con la fune stessa, il verso,invece, sarebbe rivolto a chi fa compiere lo spostamento al sasso e l'intensità corrisponderebbe allo sforzo compiuto da chi tira la fune.