Le forze
Ricorda che quando parli di:
-
corpo: ti stai riferendo all’oggetto che stai studiando;
-
deformazione. significa che il corpo che stai studiando cambia forma (come quando pesti
una scatola di cartone la deformi);
-
quiete: il corpo se ne sta fermo;
-
vincolato: un corpo vincolato è un corpo che non è libero di muoversi, come la scatola
contro il muro;
-
massa: è una proprietà del corpo che non cambia, ovunque tu ti trovi (sulla terra o sulla
luna) e si misura in kg.
Cos’è una forza?
Noi chiamiamo forza una grandezza che produce su un corpo gli effetti sotto schematizzati.
forza che
agisce su
un corpo libero
di muoversi
in quiete
causa il movimento
(effetto dinamico)
in moto
cambia la direzione o la
velocità del moto
(effetto dinamico)
un corpo non
libero di
muoversi
causa una deformazione
(effetto statico)
Ricorda che:
1. esistono diversi tipi di forze, quelle che agiscono:
a. quando due corpi sono a contatto (come quando ti urtano e tu perdi l’equilibrio);
b. quando due corpi sono distanti (come quando giochi al geomag e le aste e le palline
si attirano senza toccarsi ) ;
2. la forza peso è una forza che agisce a distanza (tra la Terra e tutto ciò che le sta in giro: con
gli oggetti sul banco, ma anche con la luna);
Le forze
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3. l’unità di misura della forza è il newton (simbolo N). Puoi immaginare la forza di
1N sapendo che è quasi uguale alla forza peso di una tavoletta di cioccolato da 100 g;
4. lo strumento che si utilizza per misurare le forze è il dinamometro…forse sai già che
esistono degli attrezzi detti chiavi dinamometriche.
Peso e massa
Un tipo di forza che si utilizza molto spesso è la forza peso (detta anche peso).
Il peso è la forza di gravità con cui un pianeta attira un corpo.
Esiste una relazione tra la massa di un corpo ed il suo peso:
con:
P = peso del corpo in N
m = massa del corpo in kg
g intensità del campo gravitazionale, in N/kg.
Il valore di g cambia di pianeta in pianeta:
sulla Terra g = 9,81 N/kg
sulla luna g = 1,62 N/kg
sul pianeta Giove g = 26,01 N/kg
Grandezze scalari e grandezze vettoriali
Il tempo è un grandezza scalare: per descriverla completamente basta un numero (modulo,
intensità) che risponda alla domanda: “quanto tempo?”.
Per sapere quanto dura un tempo di una partita di calcio basta dire: “45 minuti”.
La forza è una grandezza vettoriale: per descriverla completamente servono:
a. un modulo (intensità): è un numero che ci dice “quanto è grande” la forza;
b. una direzione: è la retta lungo la quale agisce la forza;
c. un verso: stabilisce da quale parte della retta sia diretta la forza (a destra o a sinistra…);
d. un punto di applicazione: individua dove è applicata la forza.
Per sapere quale forza applichi su un pallone che calci devi sapere: quanto forte calci (modulo),
lungo quale retta (direzione), da che parte (verso) e dove colpisci il pallone (punto di applicazione).
Perciò quando rappresenti graficamente una forza, disegni una freccia, con direzione, verso, modulo
e punto di applicazione (vedi Fig.1).
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verso
direzione
punto di
applicazione
Fig.1 Il vettore possiede le caratteristiche indicate in figura. Ricorda che la lunghezza della freccia ti fornisce
indicazioni sul modulo del vettore.
Risultante delle forze.
Si chiama risultante delle forze che agiscono su un corpo quella forza che, da sola, produce
l’effetto di tutte le altre insieme. Quindi invece di fare i conti con tutte le forzettine che agiscono da
sole sul corpo, si fanno i conti solo con la risultante. Bisogna saperla calcolare. Come si fa?
Calcolo della risultante
Se si hanno due o più forze nella stessa direzione e verso:
la forza risultante è data da una forza con medesima direzione e verso delle forzettine agenti,
il modulo è dato dalla somma dei moduli delle singole forzettine.
3 N + 5 N + 8 N = 16 N
Questo vale per forze che agiscono lungo qualunque direzione.
Se si hanno due forze nella stessa direzione ma con versi opposti:
direzione della risultante: quella delle forze da sommare;
verso della risultante: quello della forza “più grande”;
modulo: il modulo maggiore – il modulo minore;
nel caso in figura: 8N – 3N = 5N
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Se si hanno due o più forze lungo diverse direzioni
Per trovare la risultante delle forze si utilizza il metodo del parallelogramma. Vedi Fig.2
a
R
b
Fig.2: R è la risultante tra il vettore a ed il vettore b. Si trova completando graficamente il parallelogramma con lati a e
b e tracciandone la diagonale.
In particolare è importante comporre forze che si trovino su direzioni tra loro perpendicolari,
come in figura sotto.
per trovare la direzione ed il verso della risultante si utilizza la regola del
parallelogramma;
per trovare il modulo della risultante si utilizza il teorema di Pitagora:
Ad esempio per questo caso il calcolo del modulo della risultante sarà:
E dunque il modulo della risultante sarà 5N. La direzione ed il verso della risultante sono illustrati
in figura.
Le forze
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Trova la risultante delle forze in figura:
osserva solo le forze in direzione orizzontale e calcola la loro risultante;
osserva solo le forze in direzione verticale e calcola la loro risultante;
ora trova la risultante “finale” utilizzando:
il metodo del parallelogramma (per trovare direzione e verso);
Il teorema di Pitagora (per trovare il modulo).
Esercizio:
individua delle situazioni nelle quali agiscono delle forze, individua le forze e schematizzale con i
vettori;
inventa 8 esercizi di composizione di forze.
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