CAPITOLO 5
Le forze
La dinamica è quella branchia della fisica che studia le cause del moto che sono le forze; una forza,
indipendentemente dalla sua natura costituisce la causa dell’accelerazione del corpo. Non sempre una forza
corrisponde all’accelerazione di un corpo poiché possono agire altre forze che impediscono il moto. La forza è
una grandezza vettoriale perciò è costituita da un intensità, una direzione e un verso. Un insieme di forze che
si annullano è detto sistema di forza in equilibrio. Un corpo che non è libero di muoversi sotto l’azione di una
forza è vincolato, un esempio può essere un libro poggiato sopra un tavolo, poiché il corpo anche se è attratto
dalla forza di gravità non raggiunge il suolo poiché è fermato dal tavolo. Un forza applicata ad un corpo
vincolato provoca una deformazione che spesso è impercettibile ma è alla base del sistema per misurare
l’intensità della forza. Lo strumento per misurare l’intensità di una forza è detto dinamometro. L’unità di
misura della forza è il Newton (N) oppure alcune volte il kilogrammo-peso (kgp). Il kilogrammo peso è diverso
dalla massa, esso rappresenta la forza con cui la Terra attrae un corpo. Un kgp equivale a 9,81N.
La forza peso è la forza esercitata dalla gravità terrestre su un corpo e si misura con la formula F = mg, dove F
è la forza peso, m è la massa del corpo e g è l’accelerazione gravitazionale.
Esistono 4 tipi di forze fondamentali, a distanza, ovvero quando non c’è contatto tra i corpi:
La forza gravitazionale: si manifesta tra tutti i corpi dotati di massa, che sono attratti l’uno dall’altro,
però maggiore la massa dei corpi maggiore sarà la forza esercitata, la possiamo vedere bene con la forza di
gravità dei pianeti ma non la possiamo vedere tra 2 oggetti che si trovano su un tavolo poiché è trascurabile.
La forza elettromagnetica: agisce tra particelle dotate di carica elettrica, due forze con carica dello
stesso segno (entrambe positive o entrambe negative) si respingono, due forze con diverso segno (negativo
e positivo) si attraggono. La forza elettrica e la forza magnetica sono due aspetti della stessa forza
fondamentale.
Esistono altre 2 forze che agiscono tra i componenti subatomici della materia
La forza nucleare forte: è la forza che tiene uniti i nucleoni, l’insieme di neutroni e protoni
La forza nucleare debole: è la forza che è responsabile di alcuni processi nucleari che avvengono nelle
stelle.
Per descrivere alcune proprietà dei corpi si utilizzano le forza di contatto. La forza elastica o forza di richiamo
o legge di Hooke studia la variazione della forza di una molla a seconda del suo allungamento. La molla viene
vincolata ad un eremita e all’altra estremità viene attaccato un peso, la molla viene tirata e la forza e lasciata; la
forza elastica farà muovere la molla. Per misurare la forza elastica si usa la formula: F = - k Δs, dove Δs è lo
spostamento del corpo e k è il coefficiente di elasticità della molla che varia da molla a molla. Il segno sarà
negativo poiché la forza elastica ha verso opposto a quello dello spostamento Δs.
I corpi che impediscono il movimento ad altri corpi sono detti vincoli, i vincoli esercitano la loro azione sui
corpi mediante forze chiamate forze vincolari. Il vincolo esercita una forza vincolare chiamata reazione
vincolare. La forza esercitata dal vincolo quando il corpo è in equilibrio (fermo) è opposta alla forza peso del
corpo, entrambe le forze avranno stesso modulo, stessa direzione ma diverso verso. Quando il risultante delle
forze è 0 il corpo viene detto in equilibrio.
Le forze di attrito sono forze che si oppongono al movimento dei corpi. L’attrito oltre a rappresentare un
ostacolo al moto fornisce le condizioni indispensabili per produrre alcuni movimenti come il camminare.
L’attrito rappresenta l’effetto risultante di un complesso fenomeno d’interazione elettromagnetica fra gli atomi
dei corpi a contatto. La forza di attrito tra un solido che si muove su una superficie è detta attrito dinamico, è
parallela alla superficie del moto ed ha il verso opposto a quello del moto. La superficie è detta scabra in
quanto produce un attrito non trascurabile. Il modulo di questa forza è proporzionale al modulo della forza
normale esercitata dalla superficie del corpo per una costante positiva chiamata coefficiente di attrito. Se il
corpo viene spinto o tirato agirà una forza di attrito statico. Se con la forza che noi utilizziamo per spingere o
tirare superiamo la forza di attrito statico il corpo si muoverà. I coefficienti di attrito statico e dinamico variano
da superficie a superficie.
© Federico Ferranti S.T.A.
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Un punto materiale in equilibrio
Un punto materiale è in equilibrio quando la somma
di tute le sue forze è nulla. Su di un corpo
appoggiato su un piano inclinato agisce la forza
peso e la reazione vincolare del piano. La reazione
vincolare V è uguale ad una componente della forza
peso P1. Osservando che il triangolo che ha per
base P1 e per ipotenusa P è simile al triangolo che
forma il piano inclinato possiamo esprimere il
seguente rapporto P:l = P2:h. Da questo possiamo
risalire anche alle equazione per determinare le
forze e anche alla forza che noi dobbiamo applicare
per far stare il corpo in equilibrio. La forza che dobbiamo applicare dovrà avere stessa direzione e intensità di
P2 ma diverso verso, poiché il nostro scopo è quello di annullare P. P1 viene annullato dalla reazione vincolare.
Per trovare P dobbiamo usare la formula della forza peso per trovare P1 = P per il coseno dell’angolo α e P2 =
seno dell’angolo α.
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