Ma IN FISICA il significato è diverso. Che cosè la forza ? Il vocabolario italiano dà come...

Ma IN FISICA il significato è diverso.

Che cos’è la forza ?Il vocabolario italiano dà come sinonimi

LE FORZE

robustezza, energia, vigore, potenza, vitalità, prestanza …

LA FORZA NON ESISTE NELLA REALTÀ

È UN’ INTERPRETAZIONE

È UN MODELLO DELLA REALTÀ

CHE SPIEGA LE INTERAZIONI CHE AVVENGONO IN NATURA

LE FORZE SEMBRANO MOLTE MA …

A prima vista le forze sembrano essere molte e assai diverse tra loro (forza peso, forza elettrica, forza magnetica, forze muscolari, forze di attrito, forze elastiche, resistenza dell’aria, forze intermolecolari …) ma non è così.

Negli ultimi tre secoli i fisici si sono accorti che per spiegare ogni interazione tra corpi, ogni struttura che si possa osservare o creare nell’universo, bastano quattro forze … e forse anche meno di 4.

Sono fondamentali

4 INTERAZIONI

1. Interazione gravitazionale

2. Interazione elettromagnetica

3. Interazione forte

4. Interazione debole

gravitazionale

elettromagnetica

La La forza gravitazionaleforza gravitazionale è è comune a tutta la materia: comune a tutta la materia: tuttitutti i corpi materiali si i corpi materiali si attraggonoattraggono reciprocamente (non è mai reciprocamente (non è mai repulsiva)repulsiva)

La La forza forza elettromagneticaelettromagnetica è è prodotta dalle prodotta dalle cariche cariche elettricheelettriche: essa è sia : essa è sia attrattivaattrattiva che che repulsivarepulsiva

nucleare fortenucleare forte

La La forza nucleare forza nucleare deboledebole agisce all'interno agisce all'interno dei dei nuclei atomicinuclei atomici: essa : essa è responsabile della è responsabile della radioattivitàradioattività

La La forza nucleareforza nucleare forte forte agisce all'agisce all'internointerno dei dei nucleinuclei atomici: essa atomici: essa tiene assieme tiene assieme protoni protoni ee neutronineutroni

nucleare debolenucleare debole

C’ è differenza tra massa e peso:la massa resta costante, il peso cambia

Nella fisica classica c’è differenza tra massa inerziale e massa gravitazionale

NOTA BENE

Nella meccanica newtoniana la massa inerziale e la massa gravitazionale sono due concetti diversi.

La definizione operativa di massa inerziale è diversa, indipendente, da quella di massa gravitazionale, quindi sono due grandezze fisiche diverse.

Non c’è motivo di ritenere a priori che non possano esistere corpi facili da accelerare ma che attirino intensamente altri corpi Però l’esperienza ci dice che in natura questo non avviene mai

MASSA INERZIALE E GRAVITAZIONALE

L’esperienza ha messo in evidenza che i risultati ottenuti con la bilancia sono sempre in accordo con i risultati ottenuti con il confronto delle accelerazioni. Detta mg la massa gravitazionale di un corpo, il suo peso si può esprimere come

Fp = mg . g

Per la seconda legge della dinamica, tale forza imprimerà al corpo una accelerazione inversamente proporzionale alla sua massa inerziale mi

F = mi . a Fp /mi = a

a = (mg/mi).g

tale accelerazione, quella con cui cadono gli oggetti nel vuoto, sarebbe diversa per corpi a cui corrispondessero diversi valori del rapporto

Massa gravitazionale / Massa inerziale

cioè

mg/mi

il dato sperimentale è che a è la stessa per tutti i corpi, quindi

mg = mi

quindia = g

sarebbe ragionevole aspettarsi che il rapporto mg/mi dipenda da elementi quali la composizione chimica del corpo, la sua temperatura o qualche altra caratteristica fisica del corpo, l’accelerazione in caduta libera sarebbe allora diversa per oggetti diversi.

L’IDENTITÀ TRA MASSA INERZIALE E GRAVITAZIONALE È IL POSTULATO SU CUI SI FONDA L’INTERA TEORIA DELLA RELATIVITÀ GENERALE DI EINSTEIN

Il significato fisico dell’uguaglianza tra massa inerziale e massa gravitazionale resta sconosciuto.

La massa è il concetto più criticato della fisica che “sembra eludere tutti i tentativi di una chiarificazione completa e di una definizione logicamente e scientificamente inattaccabile”

MAX JAMMER, STORIA DEL CONCETTO DI MASSA

IL POSTULATO DI EQUIVALENZA

• LA FORZA È UN VETTORE• le forze agiscono sempre in due

Per determinare una forza serve• un numero seguito da un’unità di misura• una direzione• un verso

• LO SPOSTAMENTO È UN VETTORE

• LA VELOCITÀ È UN VETTORE

• L’ACCELERAZIONE È UN VETTORE

• LA QUANTITÀ DI MOTO È UN VETTORE

• …

Come la FORZA anche

clicca qui per saperne di più sui vettori

il TEMPO e la MASSA

l’ ENERGIA, IL LAVORO …

non sono vettori

sono grandezze scalariIndividuate da un numero

e da un’unità di misura

PIANO INCLINATO E FORZA COSTANTE

Il modo migliore per ottenere una forza costante è un piano inclinato.

Perché?

ingrandimento

peso

Componente del peso che

trascina verso il basso

Componente del peso che preme perpendicolarme

nte contro il piano

UNA SITUAZIONE FISICA REALE

RAPPRESENTAZIONE FISICA

A

ISOLIAMO L’OGGETTO CHE CI INTERESSA

B

SCEGLIAMO UN CONVENIENTE SISTEMA DI RIFERIMENTO

C

N = Wy + Fy = -W + Fy

W = PESO (mg) della poltrona

F = forza applicata dall’uomo

N = FORZA NORMALE (perpendicolare) reazione vincolare della superficie d’apppoggio

N = Wy + Fy = -W + Fy

QUAL È LA FORZA CHE FA AVANZARE LA POLTRONA?

Fx è la componente della forza, applicata dall’uomo utile all’avanzamento della poltrona.

SCOMPONIAMO LE FORZENELLE LORO COMPONENTI

SISTEMA DI RIFERIMENTO

Forza applicata dall’uomo

N

F

F è la

Peso della

poltrona

W = mg

D. SCOMPONIAMO LE FORZE

Reazione vincolare

W = PESO = mg

Sistema di riferimento

Fx

F

LA POLTRONA

viene rappresentata con un punto,

un punto di massa uguale a quella della poltrona

Se non c’è attrito tra la poltrona e il pavimento

allora la forza che fa avanzare la poltrona è Fx

Senza attrito basterebbe una piccola spinta e …

Ma se c’è attrito le cose sono diverse.

Fx

F = forza applicata

MASSIMA FORZA DI ATTRITO STATICO

Bisogna aggiungere una forza allo schema: la forza di attrito.

Dato che la forza di attrito dipende anche dalla forza normale, la forza cioè con cui l’oggetto preme perpendicolarmente sul pavimento, la forza applicata dall’uomo aumenta la massima forza di attrito statico.

Infatti la massima forza di attrito statico è

Fa = N nel nostro caso Fa = .(Peso + FY)

Fx

F = Forza applicata dall’uomoW = Peso

N: reazione vincolare

Fy

SE C’È ATTRITO, L’UOMO RIUSCIRÀ A SPOSTARE LA POLTRONA?

Non è dettodipende dal coefficiente di attrito

Il calcolo da fare è il seguenteFa = Fx . N = Fx

. (mg + Fy) = Fx

Se non è inferiore a 1 / tan la poltrona non si sposta

l’uomo non sa spingere

È La forza che si oppone al “distacco” della poltrona dal pavimento.

Serve una forza per mettere in moto la poltrona, per staccarla dal pavimento e farla scivolare sulla superficie.

Dopo che è avvenuto il distacco, se l’uomo manterrà la stessa spinta che gli è servita per mettere in moto la poltrona, questa si muoverà di moto accelerato, dato che

LA FORZA DI ATTRITO DINAMICO è INFERIORE ALLA FORZA CHE SERVE PER STACCARE LA POLTRONA DAL PAVIMENTO

FORZA DI ATTRITO STATICO E DINAMICO

FORZE ESTERNE E FORZE INTERNE

• L’uomo spinge la poltrona con una forza F, la forza è applicata alla poltrona .

• La poltrona spinge l’uomo con la stessa forza, la forza è applicata all’uomo.

• Perché la poltrona avanza? • Se l’oggetto che esaminiamo è la poltrona,

non ci interessa di quello che accade all’uomo; la forza applicata dall’uomo è una forza esterna e può fare avanzare la poltrona.

•Se invece esaminiamo la situazione dell’uomo, allora dobbiamo pensare anche al suo contatto con il pavimento. L’uomo viene spinto indietro dalla poltrona. L’uomo spinge contro il pavimento … il pavimento risponde …

•Che cosa fa avanzare insieme poltrona e uomo?Le due forze di interazione tra uomo-poltrona (l’uomo spinge e la poltrona risponde) si fanno equilibrio, sono ora forze interne, applicate allo stesso corpo (uomo+poltrona).

Che cosa fa avanzare quindi insieme poltrona e uomo?

La forza di attrito tra uomo e pavimento

Nel caso in cui si consideri il sistema UOMO+POLTRONAla forza esterna al sistema è dovuta all’

Interazione uomo-pavimento

L’uomo punta, preme, sul pavimento, il pavimento risponde con una forza che fa avanzare l’uomo e la poltrona (quando ci riesce)

PROVATE a pensare di voler spostare un divano molto pesante, che cosa fate?

Puntate con i piedi sul pavimento.

E’ la forza di attrito con il pavimento che vi permette di spostarlo.

Certo se non ci fosse attrito basterebbe toccare il divano per farlo muovere.

Per camminareinterazione piede-terreno

TIRO ALLA FUNE e TERZA LEGGE

http://www.iapht.unito.it/giocattoli/it/fune.html

Le forze visibili sono le forze muscolari applicate dagli studenti alla fune, ma ci sono molte altre forze (la forza elastica, le forze applicate dagli studenti al pavimento e dal pavimento ai piedi, le forze di gravità , ecc.)

ogni forza agisce lungo una data direzione,

quando lo studente tira la fune, la fune applica a lui/lei una forza opposta (freccia rossa), per il principio di azione e reazione.

IL PRINCIPIO DI AZIONE E REAZIONE

Poiché lo studente spinge sul pavimento, il pavimento applica a lui/lei una forza opposta (frecce blu), per il principio di azione e reazione,

la composizione delle frecce blu e rosse dà  come risultante la forza applicata allo studente,

poiché la fune applica forze uguali alle due estremità , le frecce rosse sono uguali e opposte, le forze che sono differenti sono quelle applicate dal pavimento (frecce blu) e vince lo studente che riesce ad applicare la forza maggiore al pavimento.

Un giocoliere che trasporta tre pesanti palle deve attraversare un ponticello in grado di sopportare solo il suo peso più quello di due palle. Confidando nella propria abilità, egli decide che, per non far crollare il ponte, è sufficiente attraversarlo facendo ruotare le palle in modo che una delle tre sia sempre in volo.

Il giocoliere riesce ad attraversare il ponte?

UN GIOCOLIERE NEI GUAI

IL GIOCOLIERE NON CONOSCE LA TERZA LEGGE DI NEWTON

Quando si lancia un oggetto verticalmente è necessario applicare alla palla una forza verso l’alto maggiore del peso dell’oggetto.

A sua volta la palla eserciterà sul giocoliere una forza uguale e contraria (la forza sarà applicata al giocoliere e diretta verso il basso)

Quindi sul ponte grava il peso del giocoliere + il peso delle due palle che ha in mano + forza maggiore del peso della terza palla dovuta all’interazione giocoliere - terza palla.

AIRSPEEDY

com’è fatto

soffio MRU

MRUA

Speedy

urto

prove varie

Aristotele piccola forza

MRUA

Airspeedy

SUI VETTORI …

VETTORI E COMPONENTI(+,+)

(-,+)

(-,-)

(+,-)

(bx= -2, by=1.5)

=b (-2 , 1.5)

=a (5 , 3)

(ax=5, ay=3)

a

b

5-2

1.5

3

SOMMA DI VETTORI

(bx= -2, by=1.5)

(ax=5, ay=3)

a

b

(+,+)

(-,+)

(-,-)

(+,-)

5-2

3

3

4.5

1.5

sa =b+ =s (3 , 4.5)

DIFFERENZA DI VETTORI(+,+)

(-,+)

(-,-)

(+,-)

=d (-1.5 , -7)

(bx= -2, by=1.5)

(ax=5, ay=3)

a

b

5-2

1.5

3

-7

-1.5

db =a-

COMPONENTI, SOMMA, DIFFERENZA DI DUE VETTORI

(bx= -2, by=1.5)

=b (-2 , 1.5)

=a (5 , 3)

(ax=5, ay=3)

a

b

(+,+)

(-,+)

(-,-)

(+,-)

5-2

1.5

3

VETTORI e COPPIE ORDINATE

Si può indicare, individuare un vettore,

come una coppia ordinata di numeri reali

x

(ax=5, ay=3)

a

5

3

y

53

αtan =

Spunti tratti daFISICA 1 (per i licei scientifici) J. Walker, Zanichelli

FISICA 1 (per i licei scientifici) J. Wilson – A. Buffa, Principato

L’evoluzione della fisica, Einsten - Infeld, Boringhieri

Storia del concetto di massa, Max Jammer, Feltrinelli

Storia del concetto di forza, Max Jammer, Feltrinelli

http://www.iapht.unito.it/giocattoli/it/fune.html