I principi della Dinamica Un oggetto si mette in movimento quando viene spinto o tirato o meglio quando è soggetto ad una forza 1. Le forze sono grandezze fisiche vettoriali che influiscono su un corpo in modo da modificarne il suo stato di moto 2. La forza non esiste in astratto ma è sempre applicata da un corpo materiale ad un’altro: è un’interzione tra corpi 3. In meccanica la forza è considerata la causa del moto lineare mentre il momento è responsabile della rotazione di un corpo L’azione di una forza è descritta dalle leggi di Newton, possono fare Lavoro e trasferire Energia 1 I principi della Dinamica I°- PRINCIPIO D'INERZIA Un corpo mantiene il suo stato di quiete o di moto → rettilineo uniforme (v=costante) se su di esso non agisce alcuna forza esterna Es: Se facciamo girare una palla attaccata ad una corda, questa sara` soggetta alla forza centripeta dovuta alla tensione T della corda stessa T=mv2/r Se si rompe la corda, la palla prosegue di moto rettilineo con la velocita` che possiede al momento della rottura 2 II°- PRINCIPIO → F=ma → Un corpo soggetto a un sistema di forze la cui risultante sia diversa da zero è soggetto ad accelerazione r r F = ma 1. 2. esiste una proporzionalità diretta tra forza risultante applicata ed accelerazione prodotta esprimibile attraverso la relazione È applicabile solo se la forza è la forza totale esterna Non si applica direttamente in questa forma se la massa non è costante dimensione [F] = [M] [L] [t]–2 unità di misura : S.I. newton (N) = kg metro s–2 C.G.S. dyna (dyn) = grammo cm s–2 1000 x 100 x 1 = 100 000 = 105 1 newton = 105 dyne 1kgp=9.8N 3 risultati della stessa forza esercitata su massa differenti La stessa forza esercitata su una massa molto più grande produce una corrispondente accelerazione molto più piccola 4 III° - PRINCIPIO di AZIONE - REAZIONE CORPO A → → FAB = – FBA CORPO B • le forze nascono in coppia • l’azione e la reazione non sono mai applicate allo stesso corpo ma agiscono sempre su corpi diversi • Forze interne ad un sistema isolato non producono alcuna accelerazione del sistema stesso Fpersona Fsuolo + 5 In alcune situazioni l’intuito può farci sbagliare In una collisione frontale su quale dei due veicoli agisce la forza maggiore? Fb=-Fa le forze agenti sui due veicoli sono uguali ma di verso opposto E l’accelerazione dei due veicoli? ma=ma 6 Identifichiamo le coppie di forze (azione-reazione) in quesa situazione : una molla che sostiene dei blocchi 7 fc forza esercitata dalla fune sulla massa m mg F1 F2 Fa Fb Corpo in tensione T=F1=F2 Corpo in compressione C=Fa=Fb Una fune esercita sul corpo una forza di trazione T T T T T T T 8 FORZA GRAVITAZIONALE (Newton) m1 → m1 m2 r F=–G 2 r r → → r m2 G = 6.67 10–11 N m2 kg–2 alla superficie della Terra : MT massa della Terra R raggio della Terra MT m F= G 2 =gm R g = 9.8 m s–2 = 980 cm s–2 → → → F=mg=p p = forza peso → 9 FORZA PESO: forza a distanza → → → F=mg=p → p =forza peso linee di forza → modulo p = m g direzione verticale verso basso z y x p→ 90° suolo 10 MASSA, PESO, DENSITA' kgmassa m → → p=mg gmassa È una forza che misuro in N oppure in kgpeso gpeso 1 kg = 9.8 N peso d= m V H2O [d] = [M] [L]–3 –3 kg m S.I. –3 g cm C.G.S. d = 1 g cm–3 = 1000 kg m–3 11 FORZA ELETTRICA •Cariche di segno uguale si respingono •Cariche di segno opposto si attraggono r r q1q2 r F=k 2 r r k≈9 109N-m2/C2 Il campo Elettrico E q1 → r r r F E= q q2 Confrontiamo la forza gravitazionale e la forza elettrica tra un elettrone e un protone (mp=1.67 10-27kg, me=9.11 10-31 kg, qp= +1.6 10-19 C qe=-1.6 10-19 C) Fg=-Gmpme/r2=-(6.67 10-11 N-m2/kg2 )(1.67 10-27 kg )(9.11 10-31 kg)/r2 =-1.01 10-67 N-m2/r2 Fe= k qp qe/ r2 =(9 109N-m2/C2)(+1.6 10-19 C )(-1.6 10-19 C)=-2.3 10-28 N-m2/r2 Fe /Fg= 2.28 1039 12 Forze di contatto e di attrito Sono in equilibrio ⇒ Ftotale=0 p Ftotale=N forza di contatto-p=0 N forza di contatto =p -N •N forza che il tavolo esercita sull’omino -p •p forza che la terra esercita sull’omino N •-N forza che l’omino esercita sul tavolo N è sempre uguale a p in modulo? •-p forza che l’omino esercita sulla terra 13 Forza di contatto ⊥ alla superficie Forza d’attrito: forza che una superficie esercita su un corpo a contatto con essa Forza d’attrito alla superficie L’attrito è una forza che si oppone sempre al moto N Fapp Fr p Il blocco non si muove finché Fapp non supera un’altra forza che si oppone (Fr) r r Fapp = "Fr 14 Se Fapp supera un certo valore (µsN) allora Fr non riesce più ad equilibrarla e il blocco si mette in moto Fr ! µs N µs coefficiente di attrito statico ( dipende dal tipo di superfici a contatto) Nel caso di un corpo in movimento µd ! µs Fr ! µ d N rappresenta il coefficiente di attrito dinamico Riassumendo: •Fr max=µsN per una data coppia di superfici è proporzionale alla forza normale N •Dipende attraverso µs (o µd) dal tipo di superfici ma non dall’area di contatto •La forza d’attrito per un corpo in movimento è minore dell’attrito statico µd < µ s 15 Forza muscolare : la massima forza che un muscolo può esercitare dipende dall’area della sua sezione, in un uomo adulto varia da 28 a 35N/cm2 Alcuni esempi sulle forze Due blocchi da 10N sono collegati con una corda in tensione e appoggiano su una superficie. Il coefficiente di attrito statico µs=0.6. Calcolare: •la forza minima Fa necessaria per muovere il sistema •la tensione sulla corda di collegamento nel momento in cui il corpo comincia a muoversi T B Fa A Fa=2Fr=2 µsN=12N T= µsN=6N 16 Un corpo di massa m=60kg è soggetto, oltre alla forza peso ad una forza verticale di 450N orientata verso l’alto. Calcolare l’accelerazione del corpo. Ftot=Fa+P Ftot=ma e quindi a=(450-mg)/m=-2.3m/s2 Un uomo di 70kg , sospeso ad un paracadute, scende con un’accelerazione a=1.6m/s2. Calcolare la tensione del cavo che sostiene l’uomo. Ftot=T+P Ftot=ma e quindi T=Ftot -P=-70*1.6+70*9.8=574N 17