Le Forze

Le Forze
La Forza
Quando sei al banco, una forza chiamata
gravità ti mantiene seduto sulla sedia.
La Forza
Le gocce d’acqua sono tenute
insieme da una forza detta tensione
superficiale.
La Forza
L’attrito è una forza che fa fermare la tua
bicicletta quando tiri i freni.
La Forza
Tu eserciti una
forza quando dai
un calcio al
pallone.
La Forza
Esistono tanti tipi di
forze, ma sono tutte
azioni che provocano
l’accelerazione, il
rallentamento, il cambio di
forma o il cambio di
direzione di moto di un
oggetto.
Che cos’è la forza?
Si chiama forza qualunque
azione che sia capace di
cambiare il movimento di
un oggetto. Ad esempio, se
una palla sta ferma e tu le
dai un calcio, prende a
rotolare: ha subito
un’accelerazione. Con il tuo
calcio, allora, hai agito con
una forza sulla palla.
Che cos’è la forza?
Anche se dai un calcio
contro il muro applichi una
forza. Il muro non si muove
perché oppone troppa
resistenza, ma magari si
deforma (si scheggia
l’intonaco), o si deforma la
tua scarpa (speriamo non il
tuo piede!): la
deformazione è l’altro
possibile effetto delle
forze, oltre al movimento.
La forza e l’inerzia
Un oggetto in quiete
rimarrà in quiete ed un
oggetto in moto rimarrà
nello stato di moto con
velocità costante, a
meno che non subisca
l’azione di una forza
esterna.
Prima legge della dinamica
La forza e l’inerzia
La tendenza dei corpi a
mantenere lo stato di moto è
chiamata inerzia.
Sei seduto in auto e all’improvviso
la macchina frena; sai dire qual è
il movimento del tuo corpo al
momento della frenata?
Ecco perché devi sempre
indossare la cintura di sicurezza!
Forze ed equilibrio
Se su un oggetto agiscono più forze, si deve
valutare qual è l’effetto totale, cioè la forza
risultante.
Forze ed equilibrio
Pensa a una gara di tiro alla fune. I
giocatori tirano da entrambi i lati
della corda. Quindi alla corda sono
applicate due forze, una da una parte
e una dall’altra.
Forze ed equilibrio
Se le due squadre tirano esattamente con la
stessa forza, la corda rimane immobile; se invece
una squadra tira più forte dell’altra, la corda si
muove dalla parte dei più forti. Nel primo caso, è
come se sulla corda non fossero applicate forze,
perché la forza risultante è nulla.
Forza ed accelerazione
Si è detto che se tiri un
calcio a una palla ferma,
questa si muove e compie un
balzo in avanti. Se tiri un
calcio più forte, la palla
accelera di più e fa un balzo
più lungo. Quindi, più la
forza è intensa, maggiore è
l’accelerazione dell’oggetto.
Forze ed equilibrio
Sembra banale, ma è
una legge fisica molto
importante, scoperta
nientemeno che dal
grande scienziato
Isaac Newton! Si
chiama seconda legge
della dinamica.
F = m•a
Forza e forza contraria
Quando eserciti una forza,
un’altra forza agisce esattamente
nella direzione opposta. Ad
esempio, quando stai in piedi, la
forza che con il tuo peso eserciti
sul pavimento è uguale alla forza
che il pavimento esercita su di te
dal basso verso l’alto.
Forza e forza contraria
Dato che ci sono due
forze della stessa
grandezza che agiscono
in versi opposti, non ti
muovi, e stai fermo sul
pavimento. Puoi capire
meglio questo concetto
pensando alle forze che
agiscono su un razzo che
decolla.
Forza e forza contraria
Ciò che muove il razzo verso
l’alto è la forza dei motori
che spingono i gas di scarico
verso il basso, sollevando per
reazione il razzo. Perché il
razzo decolli, la forza che lo
spinge deve essere maggiore
della forza che lo tiene a
terra.
Forza e forza contraria
Anche questa è una legge importante della
fisica: si chiama legge di azione e reazione
ed è la terza legge della dinamica,
conosciuta anche come principio di azione e
reazione.
"Per ogni azione esiste una reazione
uguale e contraria"
Forza e forza contraria
In modo più esplicito:
Se il corpo 1 esercita una forza F sul
corpo 2, allora il corpo 2 eserciterà sul
corpo1 una forza di uguale grandezza e
di verso opposto.
Come si misura la forza
Le forze si misurano con
una unità di misura
chiamata newton (N). La
grandezza di una forza
dipende da due cose: la
massa e l’accelerazione di
un oggetto. Maggiori sono la
massa e l’accelerazione,
maggiore è la forza.
Come si misura la forza
Lo strumento adatto a
misurare una forza è il
dinamometro, costituito da
una molla fissata ad un
estremo e libera di
allungarsi all’estremo
opposto.
Come si misura la forza
Vogliamo ora misurare la forza necessaria per
spostare una macchinina: attacchiamo al
modellino un dinamometro e tiriamo…
Come si misura la forza
Ripetiamo l’esperimento: tiriamo con la stessa
forza ma dalla parte opposta.
Come si misura la forza
Le due forze non possono essere considerate
uguali, poiché producono due diversi effetti.
Quando si descrive e si vuol misurare una
forza occorre quindi precisare:
•Intensità
•Direzione
•Verso
punto di applicazione
direzione
intensità
La forza di gravità
La forza di gravità è la forza
di attrazione con cui
qualunque oggetto è attirato
e attira tutti gli altri per il
solo fatto di avere una
massa, cioè di essere fatto
di una certa quantità di
materia.
La forza di gravità è stata capita per la prima
volta nel 1684 da Isaac Newton.
La forza di gravità
È grazie alla forza di gravità
che sulla Terra non si vola,
ma si cammina attaccati al
suolo. È grazie ad essa che le
cose, se non stanno
appoggiate su un piano o
appese a un gancio, cadono a
terra.
La forza di gravità
Ma è anche ciò da cui
dipende che la Terra non
sia libera nell’universo, ma
sia attirata dal Sole, e gli
giri intorno senza sosta,
come tutti gli altri pianeti
del sistema solare. La
forza di gravità è ciò che
dà forma all’universo!
Da cosa dipende la forza di
gravità?
La forza di attrazione
gravitazionale che ci tiene
tutti attaccati ben saldi
alla Terra viene
dall’enorme massa della
Terra.
Da cosa dipende la forza di
gravità?
È la massa che crea intorno a sé l’attrazione
gravitazionale, e tutti gli oggetti, per il solo fatto
di avere una massa, generano una seppur piccola
attrazione gravitazionale.
Da cosa dipende la forza di
gravità?
Quindi non solo la Terra ci attira verso di sé, ma
qualunque oggetto attira tutti gli altri verso di
sé. Ciò che fa la differenza, però, è la quantità di
massa.
Da cosa dipende la forza di
gravità?
Oltre che dalla massa, la
forza di gravità dipende
dalla distanza. Minore è la
distanza tra due oggetti che
si attraggono, maggiore è la
forza di attrazione che li
attrae.
Quindi, la Terra attira la Luna molto più
intensamente di quanto non attiri, ad esempio, il
pianeta Marte, che è molto più lontano.
La massa e il peso
Massa e peso sono due cose
ben diverse:
La massa è la quantità di
materia di un oggetto e
rimane sempre la stessa,
dovunque si trovi l’oggetto.
Il peso, invece è una forza, la
forza con cui la massa viene
attirata dalla Terra.
La massa e il peso
Il peso cambia, quindi, a seconda
di dove l’oggetto si trova rispetto
al centro della Terra. Via via che
la distanza cresce, il peso
diminuisce. Quindi, al mare
pesiamo di più che in montagna,
perché la vetta di una montagna è
più lontana del mare dal centro
della Terra, dove l’attrazione
gravitazionale è più forte.
La massa e il peso
Se poi ti trovassi sulla
Luna, il tuo peso sarebbe
ancora minore. La forza
di attrazione
gravitazionale della Luna,
infatti, è minore di quella
della Terra, perché la
sua massa è minore.
L’equilibrio dei corpi
Quando osserviamo un
corpo fermo (o come si
dice "in quiete")
tendiamo a pensare che
su di esso non agisca
alcuna forza.
L’equilibrio dei corpi
Ciò non è possibile, perché su un corpo agisce
sempre la forza di gravità e dunque la mancanza
di moto è dovuta all'esistenza di un'altra forza
che la contrasta.
Pertanto, si può dunque affermare che un corpo
in quiete è in equilibrio.
L’equilibrio dei corpi
La forza in grado di
equilibrare la forza di gravità
su un corpo (o peso) deve
avere la stessa direzione
(verticale), la stessa
intensità ma verso opposto.
Ma dove deve essere
applicata?
L’equilibrio dei corpi
Immaginiamo ogni corpo costituito
da un gran numero di particelle
(molecole), ognuna delle quali ha
una certa massa ed è attratta
dalla Terra con una forza pari al
suo peso. La risultante di tutte
queste forze parallele e con lo
stesso verso è una forza diretta
verso il basso e con intensità
uguale al peso totale del corpo.
L’equilibrio dei corpi
Tale forza peso è
applicata in un punto,
detto baricentro, che
varia da corpo a corpo.
Si dice baricentro il
punto di applicazione
della forza peso.
Equilibrio dei corpi appoggiati
Perché la Torre di Pisa
non cade?
Perché la verticale
passante per il
baricentro G cade
all’interno della sua
base.
G
Equilibrio dei corpi appoggiati
Un corpo appoggiato
su un piano è in
equilibrio solo se la
verticale passante per
il baricentro cade
all’interno della base
di appoggio.
Video: Prisma mobile
Video su YouTube
Equilibrio dei corpi sospesi
Un corpo sospeso per
un punto può trovarsi
in diverse condizioni di
equilibrio.
Prendiamo, ad
esempio, un quadro
appeso ad un chiodo:
Equilibrio dei corpi sospesi
Se il punto fisso si
trova sopra il
baricentro G ed è
esattamente sopra la
verticale, il quadro si
trova in equilibrio
stabile.
Cosa succede se si
cerca di spostare il
quadro?
Punto fisso
G
Equilibrio dei corpi sospesi
Se il punto fisso
coincide col
baricentro G, il quadro
si trova in un equilibrio
indifferente.
Cosa succede se si
cerca di spostare il
quadro?
Punto fisso
G
Equilibrio dei corpi sospesi
Se il punto fisso si
trova sotto il
baricentro G, sulla sua
verticale, il quadro si
trova in un equilibrio
instabile.
Cosa succede se si
cerca di spostare il
quadro?
G
Punto fisso
Le leve
«Datemi un punto d'appoggio e vi
solleverò il mondo».
Questa frase è attribuita ad Archimede che la
pronunciò quando iniziò a
costruire macchine
capaci di spostare grandi
pesi con piccole forze.
Le leve
Ma che cos’è una leva?
Una leva è
semplicemente un’asta
che ruota attorno ad
un punto chiamato
Fulcro
fulcro.
Le leve
Potenza
Ad una leva vengono
applicate due forze:
la resistenza e la
potenza
Resistenza
Le leve
bp
P
bR
F
La distanza tra la
resistenza e il fulcro
è detta braccio della
resistenza; la
distanza tra la
potenza e il fulcro è
detta braccio della
potenza.
Le leve
L’altalena è una leva?
Sai spiegare perché?
Perché secondo te
l’altalena dell’immagine
non è in equilibrio?
Le leve
Quasi certamente
avrai risposto che il
bambino in basso pesa
più dell’altro.
Ma se si volesse comunque raggiungere
l’equilibrio, cosa dovrebbe fare il bambino che
sta in basso?
Le leve
Secondo te, la condizione di equilibrio di una
leva dipende esclusivamente dalle forze che
agiscono su di essa?
Le leve
Una leva è in equilibrio quando il prodotto della
potenza per il braccio della potenza è uguale
al prodotto della resistenza per il braccio
della resistenza
P
x
bP = R
x
bR
Le leve
Se la potenza da
applicare è minore della
resistenza la leva si dice
vantaggiosa; viceversa,
se la potenza da applicare
è maggiore della
resistenza la leva si dice
svantaggiosa.
Le leve
La leva della figura è
vantaggiosa o
svantaggiosa? Perché?
Le leve di primo genere
Si chiamano così le leve in cui il fulcro è
posto tra la resistenza e la potenza
Le leve di primo genere
Qesto tipo di leva è vantaggiosa o
svantaggiosa? Spiega
Le leve di primo genere
Le leve di secondo genere
Si chiamano così le leve in cui la resistenza
è posta tra il fulcro e la potenza
Le leve di secondo genere
Una leva di secondo genere è vantaggiosa o
svantaggiosa? Spiega
Le leve di secondo genere
Le leve di terzo genere
Si chiamano così le leve in cui la potenza è
posta tra il fulcro e la resistenza
Le leve di terzo genere
Una leva di terzo genere è vantaggiosa o
svantaggiosa? Spiega
Le leve di terzo genere
fine