Cap. 3 Equilibrio dei corpi (saperi essenziali)
3.1 Equilibrio statico
Un corpo fermo si dice in equilibrio statico se su di esso non
agiscono forze o se il loro valore risultante è nullo. (fig. 1)
3.2 La reazione vincolare
Fig. 1
Una massa m poggiata su un tavolo è ferma, se è ferma la
risultante delle forze è zero, ; essa ha un peso perciò il tavolo deve
generare una nuova forza R che annulla la forza peso (fig. 2). La
forza R prende nome di reazione vincolare perché il tavolo
rappresenta qualcosa che impedisce al corpo di continuare il suo Fig. 2
moto verso il basso.
3.3 Equilibrio statico
Un corpo sottoposto solo alla sua forza peso e alla reazione
vincolare è in equilibrio statico. Se noi appendiamo un quadro noi
abbiamo una situazione di equilibrio statico perché il quadro è
soggetto alla sua sola forza peso (P) e alla reazione vincolare (R)
prodotta dal chiodo che impedisce al quadro di cadere verso il Fig. 3
basso (fig. 3)
B
3.4 Baricentro
Si definisce baricentro il punto in cui si applica la forza peso del
corpo.
Fig. 4
3.4.1 Baricentro come punto di equilibro
Il baricentro è il punto di equilibrio della figura piana, in assenza di
disturbi esterni, una volta individuato il baricentro, è possibile
mantenere il corpo in equilibrio anche poggiandolo sulla punta di
uno spillo (fig. 4).
3.5 Appendere un disegno
Prendiamo il seguente disegno (fig. 5). trattandosi di un
rettangolo è facile determinare il suo baricentro, coincide col
Fig. 5
punto di intersezione delle sue diagonali, su quel punto è
applicata la forza peso P del disegno.
Quale sarà il punto migliore per appenderlo dritto? Traccio la
perpendicolare passante per B, sopra la testa di Paperino posso
mettere la puntina per appenderlo.
3.6 Equilibrio dei corpi sospesi
Un corpo sospeso si trova in equilibrio se punto di sospensione e
baricentro si trovano sulla stessa verticale.
De il punto di sospensione si trova sopra il baricentro e do una
piccola spinta il corpo ritorna nella posizione originale.
Se il punto di sospensione coincide col baricentro come nel caso
della girandola non esiste una posizione privilegiata e quando la
girandola si ferma può farlo in una posizione qualsiasi.
Supponiamo che il punto di sospensione scenda sotto il
baricentro, e do una piccola spinta si ferma in una nuova
posizione in cui il punto di sospensione è sopra il baricentro (fig. 6).Fig. 6
3.7 Tipi di equilibrio
Equilibrio stabile: un corpo è in equilibrio stabile se, spostandolo
di poco dalla sua posizione di equilibrio, tende naturalmente a
ritornarvi.
Equilibrio indifferente: corpo è in equilibrio indifferente quando Fig. 7
spostandolo rimane nella posizione in cui viene a trovarsi.
Equilibrio Instabile: corpo è in equilibrio instabile quando il più
piccolo spostamento tende ad allontanarlo definitivamente da
quella posizione.(fig. 7)
3.8 Equilibrio dei corpi appoggiati
Un corpo appoggiato è in equilibrio se la verticale passante per il
suo baricentro cade all'interno della sua base di appoggio; questo
equilibrio persiste fino a quando questa verticale tocca il
Fig. 8
perimetro. Quando esce dalla base di appoggio il corpo cade (fig.
8)
3.9 Le forze nei fluidi
Prendiamo un recipiente con dell’acqua, mettiamoci un
S
parallelepipedo di legno stagionato. Nonostante il suo peso P esso
P
non affonda ed è in equilibrio perciò deve esistere un spinta S
Fig. 9
verso l’alto che equilibra il peso P. Questa spinta ha un nome e si
chiama spinta idrostatica e agisce su tutti i corpi immersi i un
fluido. (fig. 9)
3.10 Il principio di Archimede
Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso
l’alto pari al peso del volume di liquido spostato
3.13 Galleggia o affonda
Il principio di Archimede ci dice che un corpo galleggia o affonda
non solo in base al suo peso ma anche in base al suo volume. Se lo
immegliamo e il peso di acqua spostata è maggiore del suo peso
ritornerà a galla; se lo immegliamo e il peso di acqua spostata è
uguale al suo peso rimarrà dove si trova; se lo immegliamo e il
peso di acqua spostata è minore del suo peso andrà a fondo.
Come si vede interviene peso e volume perciò occorre introdurre
una grandezza che fa intervenire sia il peso che il volume; tale
grandezza prende il nome di
peso specifico ed è data dal
rapporto fra peso e volume.
𝒑𝒔 =
𝑷
𝑽
S
S
psc
psc
P
psf
psf
P
psf
S
psc
P
Definiamo peso specifico il rapporto fra il peso di un Fig. 10
corpo e il suo volume.
Per stabilire se un corpo galleggia o no basta prendere in
considerazione il peso specifico del corpo e quello del fluido.
Se Il peso specifico del corpo è minore di quello del fluido (psc <
psf) il corpo galleggia; se Il peso specifico del corpo è uguale a
quello del fluido (psc = psf) il corpo è in equilibrio idrostatico; Il
peso specifico del corpo è maggiore di quello del fluido (psc > psf)
il corpo affonda (fig. 10).
3.14 La spianta aerostatica
L’aria è un fluido pertanto anch’essa è soggetta al principio di
Archimede: un corpo immerso nell’aria riceve una spinta dal
basso verso l’alto pari al peso dell’aria spostata. Un corpo si
solleva nell’aria se la spinta aerostatica è maggiore del suo peso
cioè se il suo peso specifico è minore di quello dell’aria; se lo
riempio di elio (gas molto più leggero dell’aria) esso si innalzerà
Se lo riempio di aria esso andrà verso il basso.
