I tre principi della dinamica - "E. FERMI"

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I tre principi della dinamica
• La dinamica è un ramo della fisica che studia il moto dei corpi considerando le cause (le forze)
che lo determinano. La dinamica si basa su tre principi:
1. Il primo principio → Il principio di inerzia
2. Il secondo principio → Legge fondamentale della dinamica
3. Il terzo principio
→ Il principio di azione e reazione
• Il primo principio della dinamica.
1. Nell’antica Grecia Aristotele sosteneva che se su di un corpo non agiscono forze allora il
corpo rimane fermo. Questo vuol dire che il moto di un corpo è possibile solo se su di esso
agisce una forza.
Quanto sostenuto da Aristotele sembra essere confermato dalle nostre esperienze di vita,
infatti una bicicletta si muove solo se il ciclista pedala mentre un’auto continua a muoversi
solo se il pedale dell’acceleratore è premuto. In entrambi i casi se la forza motrice viene a
mancare il mezzo di locomozione finisce per fermarsi.
2. Molti secoli più tardi Galileo Galilei dimostrò che l’assunto Aristotelico è errato e enunciò il
principio di inerzia secondo i quale: “ Un corpo rimane nel suo stato di quiete o di moto
rettilineo uniforme, finché la somma delle forze applicate su di esso è nulla”.
Questo principio è in accordo con gli esempi sopra riportati se si considera che sul mezzo di
locomozione oltre alla forza motrice è applicata anche la forza di attrito e quando la forza
motrice viene rimossa allora l’unica forza agente sul corpo risulta quella di attrito.
Progetto: “Istruzione di base per giovani adulti lavoratori – 2a opportunità”
Prof. Daniele CUSCITO
A. S. 2008-2009
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ITIS “E. Fermi” - Francavilla F. (BR)
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• Un paracadutista che si lancia da un aeroplano si muove sotto l’azione di due forze che sono la
forza di attrito e la forza peso (figura 2a) ed essendo la forza peso maggiore della forza di attrito,
il paracadutista si muove di moto accelerato. Quando il paracadute viene aperto (figura 2b) la
forza di attrito aumenta e riesce a bilanciare la forza peso. In questo modo la forza risultante
agente sull’uomo è nulla e il moto diventa rettilineo uniforme
Figura 2a
Figura 2b
Figura 3a
Figura 3b
• Un aereo in volo è soggetto a quattro forze che sono la forza di attrito, la forza motrice, la forza
peso e la portanza (figura 3a). La forza peso è bilanciata dalla portanza agente sul velivolo
mentre se la forza motrice è maggiore della forza di attrito allora la velocità del velivolo aumenta
in quanto la forza risultante è diversa da zero.
La forza di attrito dipende anche dalla velocità dell’aereo e quando questa diventa
sufficientemente grande allora la forza di attrito diventa sufficientemente intensa da bilanciare la
forza motrice (figura 3b) e il velivolo comincia a muoversi di moto rettilineo uniforme in quanto
la somma delle forze applicate sul mezzo è nulla.
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• Il primo principio asserisce che quando la somma delle forze agenti su di un corpo è diversa da
zero allora la velocità del corpo cambia (si ha un’accelerazione).
L’osservazione sperimentale permette di comprendere come la forza F agente su di un corpo di
massa m e l’accelerazione a prodotta sono fra loro legate. Difatti i risultati sperimentali sono
così elencabili:
1. all’aumentare di F anche a aumenta;
2. F e a aumentano ma il loro rapporto rimane costante;
3. se le due grandezze si rappresentano graficamente si ottiene una semiretta uscente
dall’origine degli assi.
4. si osserva che la costante di proporzionalità è pari alla massa del corpo m (cioè massa e
accelerazione sono fra loro inversamente proporzionali).
• Le osservazione sopra elencate sono riassunte attraverso il secondo principio della dinamica: “
La forza risultante agente su di un corpo è uguale al prodotto della massa del corpo per
l’accelerazione che esso acquista”.
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• È esperienza comune che se ci troviamo sul ghiaccio è molto difficile per noi camminare e
sappiamo che un corridore deve aumentare l’aderenza delle proprie scarpe con la pista di atletica.
per poter aumentare la spinta durante la corsa. L’osservazione di questo e altri fenomeni ha
portato all’enunciato del terzo principio della dinamica. “Se il corpo A esercita una forza sul
corpo B allora contemporaneamente anche il corpo B esercita una forza uguale e contraria sul
corpo A ( ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria).
• Quando camminiamo il nostro corpo applica sul terreno una forza che viene bilanciata dalla
forza di attrito. Noi spingiamo la Terra e la Terra spinge noi. Tuttavia sappiamo che la forza di
attrito non può superare un certo valore (FAmax = Fp Ks) e quindi, se la spinta è maggiore della
forza di attrito, il nostro piede scivola mentre se aumentiamo la forza di attrito allora possiamo
aumentare anche la spinta durante una gara di atletica.
• Questo principio vale sempre, cioè ogni volta che due corpi interagiscono fra loro. La Terra è
attirata dal Sole attraverso la forza di gravità e nello stesso tempo la Terra attira il Sole con una
forza uguale e contraria. Allo stesso modo due bambini tenendosi per mano riescono a ruotare
intorno ad un asse immaginario.
• In figura l’uomo che scende dalla zattera esercita sulla zattera la forza (spinge la zattera) Fuz e
nello stesso momento la zattera esercita sull’uomo una forza uguale e contraria Fzu. Il risultato
complessivo è che mentre l’uomo sale sul molo la zattera si allontana.
Nel secondo disegno sono raffigurate le due forze che si esercitano sul proiettile e sul fucile nel
momento dello scoppio della polvere da sparo.
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Verifica di riepilogo
1. Dal primo principio è corretto dedurre che:
A) In assenza di forze non vi può essere moto
B) In assenza di forze non vi può essere velocità
C) In assenza di forze se un corpo sta accelerando continua ad accelerare
D) In assenza di forze un corpo fermo rimane fermo
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2. Il secondo principio della dinamica afferma che:
A) La massa del corpo e la velocità che esso raggiunge sono direttamente proporzionali
B) La massa del corpo e l’accelerazione che esso subisce sono direttamente proporzionali
C) La forza applicata al corpo e l’accelerazione che esso subisce sono direttamente proporzionali
D) La forza applicata al corpo e la velocità che esso raggiunge sono direttamente proporzionali
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3. Il terzo principio della dinamica afferma che se il corpo A esercita una forza sul corpo B, allora:
A) B esercita una forza uguale su A.
B) B esercita una forza uguale su A, ma nel verso opposto.
C) B esercita una forza uguale su A, purché le loro masse inerziali siano uguali.
D) B esercita su A una forza proporzionale alla sua massa inerziale.
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4. Calcola l’accelerazione che viene impressa a un’automobile di massa 950 kg da un motore che
esercita su di essa una forza di 2945 N (si trascuri la forza di attrito agente sull’auto).
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5. Calcola l’accelerazione che viene impressa a un’automobile di massa 950 kg da un motore che
esercita su di essa una forza di 2945 N e considerando che la forza di attrito è 2000N.
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6. Un autobus di massa m = 4000 kg si muove sotto l’azione di una forza costante . Calcola la forza
sapendo che l’accelerazione è 10 m/s2.
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7. un fucile di massa 2,5 kg spara un proiettile di 50 g. Il proiettile esce dalla canna del fucile con
un’accelerazione di 1000 m/s2. Il fucile riceve una spinta nel verso opposto. Qual è la forza che
agisce sul proiettile? Con quale accelerazione rincula il fucile?
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