Le forze (Liceo)
Da questa lezione iniziamo lo studio delle forze, i vari tipi e le applicazioni.
Se spingiamo il nostro libro di fisica che è vicino a noi sul tavolo, vediamo che si sposta. Si sposta perchè gli abbiamo applicato una forza
F è la forza applicata
S è lo spostamento subito dal libro
Possiamo dire che una forza provoca uno spostamento. Applichiamo ora due forze
Lo spostamento che otteniamo è molto diverso.
Se prendiamo le due forze e ne facciamo la somma con la regola del parallelogramma, esattamente come abbiamo visto per i vettori, otteniamo una risultante R che ha la direzione dello spostamento S subito dal corpo.
Le forze, allora si sommano come i vettori.
Dopo questo esperimento casalingo possiamo possiamo asserire che :
Le forze sono grandezze vettoriali
Le forze sono la causa del moto dei corpi
Tentiamo ora di spingere il nostro libro verso il basso applicando una forza perpendicolare al tavolo e diretta verso il basso.
Questa volta non riusciamo a spostarlo, l’unico effetto che otteniamo è la deformazione del libro.
Il nostro libro ora è vincolato, ha qualche cosa che non gli permette di muoversi verso il basso, a meno che la forza che facciamo non è tale da rompere il piano del tavolo (vincolo), e la forza riesce solo a rovinare (deformare) il libro.
Si dice allora che la forza può avere effetti dinamici, ossia può provocare uno spostamento, oppure effetti statici, quindi provocare deformazioni se il corpo è vincolato.
Se la forza è una grandezza vettoriale vuol dire che ha un modulo, una direzione e un verso, che più forze si sommano con la regola del parallelogramma, che una forza può essere scomposta secondo due direzioni, insomma vale tutto quello che abbiamo visto sui Vettori .
Ci sono due tipi di forze, quelle di contatto e quelle a distanza.
Le forze di contatto agiscono tramite contatto diretto con il corpo come ad esempio se spingo una cassa, diamo un calcio ad un pallone, tiriamo uno slittino, ..
Le forze a distanza agiscono senza contatto come la forza peso, quella magnetica,…
Le forze vangono suddivise in fondamentali e non fondamentali.
Forze fondamentali : Forza Gravitazionale, Forza Elettromagnetica, Forza nucleare debole e Forza nucleare forte.
Forze non fondamentali : Forza di attrito, Forza elastica, …
Le forze si misurano in Newton N.
Vediamo in particolare alcune di queste forze.
La forza peso è quella che ci tiene a terra, che non ci fa svolazzare in giro per l’universo. Essa è diretta sempre verso il basso, in particolare verso il centro della terra. Di questa ne parleremo ampiamente più avanti.
Forza di attrito
La forza di attrito si presenta ogni volta che un corpo si muove ripetto ad un altro e se sono a contatto tra di loro. Essa dipende dalle condizioni delle superfici a contatto, ossia se sono ben levigate, se vi è un lubrificante, se sono pulite, ecc..
Il corpo si sta muovendo, nella direzione dello spostamento S, lungo il pianale di un tavolo. Si presenta la forza di attrito FA che tende a frenare il corpo.
L’attrito è sempre contrario al moto, non lo favorisce mai.
La forza di attrito è indipendente dall’area delle superfici a contatto. Se prendo un blocco di marmo a forma di parallelepipedo e lo spingo lungo un piano, la forza che debbo fare per vincere l’attrito è la stessa sia che il blocco è verticale sia che è orizzontale. Se volete approfondire andate alla pagina Forze di attrito
La forza di attrito è direttamente proporzionale al peso del corpo poggiato
Con Pp indichiamo la forza premente, quella che preme sull’altro corpo ( il piano del tavolo). Più avanti chiariremo meglio questa forza.
μd è il coefficiente di attrito dinamico che dipende dalle superfici a contatto. Perchè dinamico ? Perchè si presenta quando i corpi si muovono. E’ dinamico anche la forza di attrito che abbiamo appena visto.
Esiste anche un’altra forza di attrito che è la forza di attrito statica che è presente quando i corpi stanno fermi. Per mettere in moto un oggetto posto su un tavolo dobbiamo vincere prima la forza statica, poi una volta in movimento, lottiamo contro l’attrito dinamico.
Il coefficiente di attrito statico μs è maggiore di quello dinamico perchè per ottenere il moto dobbiamo quasi staccare i due corpi. Puoi approfondire sempre in questa pagina Forze di attrito
Abbiamo allora
Forza di attrito statico
Forza di attrito dinamico
Forza elastica
Se applichiamo una forza ad un corpo vincolato in genere otteniamo una deformazione di esso, ossia variamo le distanze tra gli elementi strutturali del corpo. In pratica possiamo allungarlo, schiacciarlo, .. Quando si producono queste deformazioni il corpo reagisce con una forza che varia al variare della deformazione e che tende a riportarlo a come era prima della sollecitazione.
Prendiamo una molla, attacchiamola alla parete e tiriamola dall’altro estremo.
Se tirata da una forza F la molla si allunga di un certo valore x e reagisce con una forza Fel , forza elastica, che tende a riportarla alla lunghezza che aveva prima ( a riposo).
Se la deformazione è piccola, ossia se non ci sono deformazioni permanenti, la forza elastica risulta proporzionale alla deformazione, quindi all’allungamento subito.
k è la costante elastica della molla, dipende dal tipo di molla usata.
Questa è nota come legge di Hooke.
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