Forze e leggi della dinamica

FORZE E LEGGI DELLA DINAMICA

Una forza è una qualsiasi azione meccanica che si esercita su un oggetto, qualunque sia la sua origine. Le forze sono grandezze vettoriali, quindi la forza risultante applicata ad un oggetto è uguale alla somma vettoriale di tutte le forze che agiscono su di esso. L'unità di misura della forza è nel MKS il newton (N), nel cgs la dina e nel sistema pratico il Kg peso, dove 1N=10*5 dine=  =0,102 kg peso.

Il peso w di un oggetto è uguale alla forza gravitazionale a cui esso è soggetto, l'accelerazione di gravità è la stessa per tutti gli oggetti; e dato che il peso è diretto verso il centro della terra, anche g ha questa direzione,quindi il peso è w=mg, dove m=massa, ossia la quantità di materia contenuta nell'oggetto.

La 1° legge di Newton , valida solo per un osservatore che si muove di moto rettilineo e uniforme, e che quindi non abbia una accelerazione, afferma che ogni oggetto rimane in uno stato di quiete o di moto rettilineo e uniforme, finché ad esso non sono applicate delle forze che intervengano a mutare questo stato. Da ciò si deduce che un oggetto è in equilibrio quando il suo stato di moto rimane inalterato, anche se sottoposto all'azione di due o più forze.

La 2° legge di Newton asserisce che la risultante delle forze applicate ad un corpo, è uguale al prodotto dell'accelerazione del corpo per la sua massa : F=ma , quindi l'accelerazione prodotta da una data forza è inversamente proporzionale alla massa di un oggetto. Se la risultante delle forze che agiscono sopra un corpo è 0, l'accelerazione dello stesso è nulla, e di conseguenza, in assenza di forze applicate, il corpo si muove di velocità costante o rimane in quiete. Essendo la forza una grandezza scalare intrinseca dell'oggetto, 1N è la forza necessaria ad imprimere ad 1 Kg massa una accelerazione di 1m/s*2, quindi 1N=1 Kg m/s*2.

Due corpi qualsiasi si attirano con una forza che è direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse, e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza: F=(Gmm')/r*2, dove G= 6,67X10*11 Nm*2/Kg*2. Le forze gravitazionali sono dirette lungo la linea che congiunge i centri delle due forze.

Il momento di una forza, indica la capacità di una forza di provocare una rotazione, quindi un corpo rigido è in equilibrio rotazionale quando è nullo il momento risultante ad esso applicato. Il momento Gdipende dalla forza F , dalla distanza x dal polo P sull'asse di rotazione al punto di applicazione della forza e dall'angolo a tra x ed F : G=xF sen a; perciò il momento ha modulo massimo quando r ed F sono perpendicolari , e vale 0 quando r ed F sono paralleli; come dimensioni ha il Nm. Inoltre il momento è considerato come un vettore diretto lungo l'asse  attorno al quale fa avvenire la rotazione. I momenti che tendono a produrre una rotazione antioraria dell'oggetto, per convenzione sono positivi, mentre se causano rotazioni orarie, sono negativi.

La quantità di moto di un corpo è un vettore p definito come prodotto della massa per la velocità del corpo : p=mV ed essendo il prodotto di uno scalare per un vettore, è una grandezza vettoriale. Essendo proporzionale a V, la quantità di moto di un corpo, dipende dal sistema di riferimento dell' osservatore, che deve quindi essere sempre precisato.

La 3° legge di Newton, afferma che per ogni azione ,esiste sempre una reazione uguale ed opposta, ossia ad ogni azione corrisponde una reazione di uguale dimensione ma di verso opposto; quindi, se un oggetto esercita una forza F su un secondo oggetto, il secondo oggetto esercita sul primo una forza -F uguale ed opposta. Questa legge è valida sia che la persona o l'oggetto siano accelerati o no, ma non è più valida se l'oggetto è in equilibrio, in questo caso le forze si annullano in conseguenza della prima legge. Lo stato di moto di un oggetto può essere influenzato solo alle forze che agiscono su di esso, le forze esercitate da un oggetto influenzano il moto di altri oggetti.

L'attrito è una fora che si oppone al moto di un oggetto che scivola o ruota su un altro oggetto. La forza d'attrito è, su ciascun corpo, diretta in verso opposto al moto che esso ha rispetto all'altro corpo, e automaticamente si oppone al moto, senza mai favorirlo. Microscopicamente l'attrito è causato da piccoli legami temporanei tra i punti di contatto delle due superfici.

Se su un oggetto non viene applicata alcuna forza,e non c'è moto,anche la forza d'attrito risulta nulla. Se si ha una forza orizzontale T esercitata su un oggetto, e l'oggetto rimane fermo, la forza d'attrito Fs=T, quando l'oggetto comincia a muoversi la Fs sarà massima.

La Fs(max) è indipendente dall'area di contatto.

Per una data coppia di superfici la Fs(max) è proporzionale alla forza normale N.

Il numero che lega la Fs(max) a N è il coefficiente di attrito statico ms che dipende dalla natura delle superfici : Fs(max)= mN

La forza necessaria per mantenere un oggetto di moto strisciante a velocità costante è più piccola di quella richiesta perché esso cominci a muoversi ; quindi la forza di attrito cinetico o di scorrimento Fk<Fs(max) ed è indipendente dall'area di contatto e soddisfa la relazione Fk=mkN dove mk è il coefficiente di attrito cinetico determinato dalla natura delle superfici.

mk è quasi indipendente dalla velocità, inoltre mk<ms.