La Meccanica
MECCANICA: Studio del moto di un corpo in tutti i suoi aspetti.
Si divide in:
STATICA: Forze e Equilibrio. Studia delle condizioni per
l’equilibrio (corpi fermi).
CINEMATICA: Descrizione il moto solo in termini di
spazio, tempo, velocità e accelerazione senza indagare
sulle cause.
DINAMICA: studia il moto dei corpi in relazione alle
cause che l’hanno prodotto.
I principi e le leggi della MECCANICA CLASSICA valgono entro
determinati limiti, non sono applicabili se si studiano :
corpi infinitamente piccoli, quali particelle elementari e
subelementari, per cui vale la MECCANICA QUANTISTICA;
corpi che si muovono a velocità molto elevate, prossime alla
velocità della luce 300000km/s, per i quali vale la MECCANICA
RELATIVISTICA.
La Dinamica
La Dinamica è la parte della fisica che studia le relazioni fra il
moto dei corpi e le cause che lo determinano e/o lo modificano.
La Dinamica Classica è stata
formalizzata da Newton nel
1687, nell’opera “Principi
Matematici”.
In tale opera sono enunciati e
descritti i principali principi
della dinamica classica.
Dinamica: le leggi di Newton
Si basa su due concetti:
la MASSA che, indicativamente, è la quantità di
materia di un corpo
la FORZA che è la causa responsabile dei
cambiamenti di moto o di quiete di un corpo
e tre Leggi fondamentali che legano tali grandezze allo
spostamento, alla velocità e all’accelerazione.
IL PRIMO PRINCIPIO DELLA DINAMICA
• Ogni corpo mantiene il suo stato di quiete o di moto
rettilineo uniforme finché non interviene una forza in grado di
modificare tale stato
• Ogni corpo, se sottoposto a forze con risultante nulla,
persevera nello stato di quiete o di moto rettilineo uniforme
I Principio della Dinamica
Il I principio è detto di inerzia in quanto l’inerzia è la tendenza di un
corpo a mantenere lo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme.
È esperienza comune che mettere in moto o fermare un corpo è
tanto più difficile quanto maggiore è la sua massa. Da ciò si deduce
che l’inerzia di un corpo è proporzionale alla massa del corpo
stesso.
• La massa rappresenta la “resistenza” o “inerzia” di un corpo a
modificare il proprio stato di moto.
• Viene appunto definita massa inerziale.
• Nel SI si misura in kg.
•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 una 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
Nella fisica newtoniana l’assenza di forze è collegata
alla quiete
al moto rettilineo uniforme
–sul principio di inerzia si basa la spiegazione
moderna del moto
SISTEMI DI RIFERIMENTO
INERZIALI
• Definiamo sistema di riferimento inerziale un sistema in cui
vale il primo principio della dinamica.
• 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.
• In buona approssimazione un sistema solidale con la terra può
essere considerato inerziale.
Un buon esempio di sistema inerziale è un sistema di
riferimento che abbia
l’origine nel Sole
i tre assi ortogonali orientati verso tre “stelle fisse
OSS: Se come sistema di riferimento si scegliesse un sistema di assi solidale
con un corpo in rotazione, ci accorgeremmo che i corpi lasciati liberi e a cui
apparentemente non sono applicate delle forze, tendono a muoversi nel
sistema di riferimento, in contrasto con il primo principio
Se su un disco in rotazione posiamo una saponetta
bagnata, vediamo che essa sfugge verso l’esterno,
pur non applicandole alcuna forza.
Il principio di relatività galileiano
Principio di relatività galileiano Non è possibile distinguere
con esperimenti meccanici due sistemi inerziali in moto
rettilineo uniforme l’uno rispetto all’altro
Quindi
due sistemi inerziali sono fisicamente indistinguibili
– lo stesso esperimento compiuto nei due sistemi
fornisce risultati identici
Quiete e moto rettilineo uniforme
Il moto è relativo Non esistono moti assoluti, ma solamente
moti relativi a un particolare sistema di riferimento
IL SECONDO PRINCIPIO DELLA DINAMICA
L’accelerazione che un corpo subisce se sottoposto a una forza
costante è direttamente proporzionale (crescono insieme) alla
forza stessa e inversamente proporzionale (una cresce e l’altra
diminuisce) alla sua massa
F=m∙a
II Principio (Legge Fondamentale della Dinamica)
La forza risultante applicata a un corpo è uguale al prodotto
della massa del corpo per la sua accelerazione:
F ris m a
• L’unità di misura nel 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.
1 N = (1 kg) x (1 m/s2)
Il secondo principio della dinamica è una legge vettoriale.
IL TERZO PRINCIPIO DELLA DINAMICA
Ad ogni forza che agisce su un corpo, AZIONE,
corrisponde sempre un’altra forza uguale e contraria,
REAZIONE.
Terzo principio della dinamica (principio di
azione e reazione)
Non esistono forze isolate; a ogni forza applicata a un corpo
(azione) ne corrisponde un’altra (reazione) esercitata dal
corpo stesso.
Le azioni di due corpi l’uno sull’altro sono sempre uguali e
in direzioni opposte.
Quando un corpo A esercita una forza su un corpo B,
il corpo B esercita su A una forza uguale e opposta.
IL TERZO PRINCIPIO DELLA
DINAMICA
Due corpi interagiscono: sia nel caso di forze
a contatto, sia nel caso di forze a distanza, le
forze sui due corpi sono uguali e opposte.
APPROFONDIAMO: L’ATTRITO
Osservare nella realtà l’inerzia è molto difficile
perché un corpo in movimento su cui non
agisce una forza prima o poi si ferma lo stesso
a causa dell’attrito del mezzo.
Un corpo si muove sempre a contatto di un altro e quindi si
genera una forza frenante, detta ATTRITO, che si oppone al
movimento del corpo.
RESISTENZA DEL
MEZZO in aria o
acqua (VISCOSO)
RADENTE se striscia
VOLVENTE se rotola
