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
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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
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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
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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
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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).
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Lezione 1 - Il primo principio della
dinamica
Dispositivi per eliminare gli attriti in laboratorio
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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
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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
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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
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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.
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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.
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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
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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.
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Lezione 2 - Il secondo principio
della dinamica
Il secondo principio della dinamica è una legge vettoriale
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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
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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
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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
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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.
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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.
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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
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Lezione 4 - Alcune applicazioni dei
tre principi
I principi della dinamica sono
applicabili a diversi fenomeni della
vita quotidiana
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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
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Lezione 4 - Alcune applicazioni dei
tre principi
Un corpo che cade in un fluido raggiunge una velocità costante
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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
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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
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