Slides – I principi della dinamica
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Giuseppe Ruffo Fisica: lezioni e problemi Unità D8 - I principi della dinamica 1. Il primo principio della dinamica 2. Il secondo principio della dinamica 3. Il terzo principio della dinamica 4. Alcune applicazioni dei tre principi 5. Il moto oscillatorio 6. La forza centripeta 7. La forza gravitazionale 8. Il moto dei satelliti Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 2 Lezione 1 - Il primo principio della dinamica Tutti i corpi sono inerti, cioè rimangono nel loro stato di quiete o di moto finché non interviene una forza Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 3 Lezione 1 - Il primo principio della dinamica Aristotele (IV secolo a.C.): lo stato naturale dei corpi è la quiete; per mantenere costante la velocità di un corpo è necessaria una forza. Galileo (XVII secolo d.C.): l’applicazione di un forza per mantenere in movimento un corpo è necessaria per vincere l’attrito. In assenza di attrito i corpi continuerebbero a muoversi di moto rettilineo uniforme senza necessità di applicare forze Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 4 Lezione 1 - Il primo principio della dinamica Esperimento di Galileo - La pallina scende rotolando lungo il piano inclinato a sinistra e risale quello di destra fino a fermarsi. - Più diminuisce l’inclinazione del secondo piano inclinato, più a lungo si muove la pallina e più lentamente perde velocità. - Idealmente, su un piano orizzontale privo di attrito, la pallina si muoverebbe indefinitamente con velocità costante Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 5 Lezione 1 - Il primo principio della dinamica Primo principio della dinamica (principio di inerzia) Un corpo rimane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, finché non interviene una causa esterna (una forza) a variare il suo stato Inerzia: tendenza di un corpo a mantenere invariato il suo stato di moto (o di quiete). Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 6 Lezione 1 - Il primo principio della dinamica Dispositivi per eliminare gli attriti in laboratorio Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 7 Lezione 1 - Il primo principio della dinamica Sistema di riferimento inerziale: sistema di riferimento in cui vale il principio di inerzia - Per molti tipi di esperimenti un sistema di riferimento solidale con la Terra può essere considerato inerziale - Un sistema di riferimento in moto rettilineo uniforme rispetto a un sistema inerziale è a sua volta un sistema inerziale - Un sistema di riferimento in moto accelerato rispetto a un sistema inerziale non è un sistema inerziale: per esempio, il principio di inerzia non vale su una piattaforma rotante rispetto alla Terra Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 8 Lezione 2 - Il secondo principio della dinamica Una forza, applicata a un corpo libero, produce un’accelerazione che è proporzionale all’intensità della forza stessa Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 9 Lezione 2 - Il secondo principio della dinamica Una forza costante produce una accelerazione costante Applichiamo una forza costante a un corpo libero di muoversi. In assenza di attrito, il corpo si muove di moto uniformemente accelerato Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 10 Lezione 2 - Il secondo principio della dinamica L’accelerazione impressa al corpo è direttamente proporzionale alla forza applicata Applicando allo stesso corpo forze costanti di intensità diversa, si verifica sperimentalmente che l’accelerazione del moto e la forza applicata sono direttamente proporzionali. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 11 Lezione 2 - Il secondo principio della dinamica L’accelerazione impressa al corpo è inversamente proporzionale alla massa del corpo Applicando la stessa forza costante a corpi di massa diversa, si verifica sperimentalmente che, a parità di forza, l’accelerazione del moto e la massa del corpo sono inversamente proporzionali. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 12 Lezione 2 - Il secondo principio della dinamica Secondo principio della dinamica La risultante delle forze applicate a un corpo è uguale al prodotto della massa del corpo per l’accelerazione che esso acquista Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 13 Lezione 2 - Il secondo principio della dinamica L’unità di misura SI della forza è il newton (N) - Una forza di 1 N applicata a un corpo di massa 1 kg produce un’accelerazione di 1 m/s2. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 14 Lezione 2 - Il secondo principio della dinamica Il secondo principio della dinamica è una legge vettoriale Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 15 Lezione 2 - Il secondo principio della dinamica Un corpo in caduta libera è soggetto alla forza peso P e cade con accelerazione g (accelerazione di gravità) Per il secondo principio della dinamica: Il peso di un corpo è dato dal prodotto della massa per l’accelerazione di gravità, e si misura in newton Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 16 Lezione 3 - Il terzo principio della dinamica Non esistono forze isolate; a ogni forza applicata a un corpo ne corrisponde un’altra esercitata dal corpo stesso Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 17 Lezione 3 - Il terzo principio della dinamica Due corpi interagiscono: sia nel caso di forze a distanza, sia nel caso di forze di contatto, le forze sui due corpi sono uguali e opposte Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 18 Lezione 3 - Il terzo principio della dinamica Terzo principio della dinamica (o principio delle azioni reciproche o principio di azione e reazione) Quando un corpo A esercita una forza su un corpo B, il corpo B esercita su A una forza uguale e opposta. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 19 Lezione 3 - Il terzo principio della dinamica La ruota esercita sull’asfalto una forza (forza ruota-asfalto) L’asfalto reagisce esercitando sulla ruota una forza uguale e opposta (forza asfalto-ruota) Quest’ultima permette alla motocicletta di avanzare. Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 20 Lezione 3 - Il terzo principio della dinamica Le forze uguali e opposte dovute al terzo principio non si compensano perché sono applicate a corpi diversi. Delle sei forze rappresentate, solamente due agiscono sul bambino: - la reazione del terreno Ftb - la reazione della slitta Fsb Poiché la risultante di queste due forze è diretta in avanti, il bambino riesce ad avanzare Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 21 Lezione 4 - Alcune applicazioni dei tre principi I principi della dinamica sono applicabili a diversi fenomeni della vita quotidiana Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 22 Lezione 4 - Alcune applicazioni dei tre principi Corpo che cade in un fluido La forza totale è la risultante della forza peso e della forza di attrito del mezzo, che dipende dalla velocità: Mentre il corpo cade, la sua velocità cresce fino a raggiungere la velocità di regime o velocità limite: a quel punto la forza di attrito uguaglia il peso, la forza risultante è nulla, e il corpo continua a cadere, ma con velocità costante Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 23 Lezione 4 - Alcune applicazioni dei tre principi Un corpo che cade in un fluido raggiunge una velocità costante Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 24 Lezione 4 - Alcune applicazioni dei tre principi Corpo che scende lungo un piano inclinato senza attrito In direzione perpendicolare al piano c’è equilibrio tra le forze agenti In direzione parallela al piano agisce solo la componente parallela del peso, e quindi c’è accelerazione: è sempre inferiore a 1, quindi a < g Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 25 Lezione 4 - Alcune applicazioni dei tre principi Se lungo il piano agisce una forza di attrito, la forza lungo la direzione parallela risulta L’accelerazione, ovviamente, è minore rispetto al caso senza attrito Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010 26
