Giuseppe Ruffo Fisica: lezioni e problemi. 2 Unità D8 -I principi della dinamica 1.Il primo principio della dinamica 2.Il secondo principio della dinamica

Giuseppe Ruffo

Fisica: lezioni e problemi

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Unità D8 - I principi della dinamica

1. Il primo principio della dinamica2. Il secondo principio della dinamica3. Il terzo principio della dinamica4. Alcune applicazioni dei tre principi5. Il moto oscillatorio6. La forza centripeta7. La forza gravitazionale8. Il moto dei satelliti

Giuseppe Ruffo, Fisica: lezioni e problemi © Zanichelli editore 2010

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Lezione 1 - Il primo principio della dinamica

Tutti i corpi sono inerti, cioe rimangono nel loro stato di quiete

o di moto finche non interviene una forza


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Aristotele (IV secolo a.C.): lo stato naturale dei corpi e la

quiete; per mantenere costante la velocità di un corpo e

necessaria una forza.

Galileo (XVII secolo d.C.): l’applicazione di un forza per

mantenere in movimento un corpo e necessaria per vincere

l’attrito. In assenza di attrito i corpi continuerebbero a

muoversi di moto rettilineo uniforme senza necessità di

applicare forze


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Esperimento di Galileo-La pallina scende rotolando lungo il piano

inclinato a sinistra e risale quello di destra fino

a fermarsi.

-Più diminuisce l’inclinazione del secondo

piano inclinato, più a lungo si muove la pallina

e più lentamente perde velocità.

-Idealmente, su un piano orizzontale privo di

attrito, la pallina si muoverebbe

indefinitamente con velocità costante


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Primo principio della dinamica (principio di inerzia)

Inerzia: tendenza di un corpo a mantenere invariato il suo

stato di moto (o di quiete).

Un corpo rimane nel suo stato di quiete o di moto

rettilineo uniforme, finché non interviene una

causa esterna (una forza) a variare il suo stato


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Dispositivi per eliminare gli attriti in laboratorio


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Sistema di riferimento inerziale: sistema di riferimento in cui vale

il principio di inerzia

-Per molti tipi di esperimenti un sistema di riferimento solidale con la Terra può

essere considerato inerziale

-Un sistema di riferimento in moto rettilineo uniforme rispetto a un sistema

inerziale e a sua volta un sistema inerziale

-Un sistema di riferimento in moto accelerato rispetto a un sistema inerziale

non è un sistema inerziale: per esempio, il principio di inerzia non vale su

una piattaforma rotante rispetto alla Terra


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Una forza, applicata a un corpo libero, produce un’accelerazione che e proporzionale all’intensità

della forza stessa

Lezione 2 - Il secondo principio della dinamica


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Una forza costante produce una accelerazione costante

Applichiamo una forza costante a un corpo libero di muoversi.

In assenza di

attrito, il corpo si

muove di moto

uniformemente

accelerato


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L’accelerazione impressa al corpo e

direttamente proporzionale alla forza

applicata

Applicando allo stesso corpo forze costanti di

intensità diversa, si verifica sperimentalmente

che l’accelerazione del moto e la forza applicata

sono direttamente proporzionali.


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L’accelerazione impressa al corpo e

inversamente proporzionale alla

massa del corpo

Applicando la stessa forza costante a corpi di

massa diversa, si verifica sperimentalmente che,

a parità di forza, l’accelerazione del moto e la

massa del corpo sono inversamente

proporzionali.


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Secondo principio della dinamica

La risultante delle forze applicate a un corpo è

uguale al prodotto della massa del corpo per

l’accelerazione che esso acquista


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L’unità di misura SI della forza e il newton (N)-Una forza di 1 N applicata a un corpo di massa 1 kg produce

un’accelerazione di 1 m/s2.


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Il secondo principio della dinamica e una legge vettoriale


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Un corpo in caduta libera e soggetto alla forza peso P e cade con accelerazione g (accelerazione di gravità)

Per il secondo principio della dinamica:

Il peso di un corpo e dato dal prodotto della massa per l’accelerazione di gravità, e si misura in newton


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Non esistono forze isolate; a ogni forza applicata a un corpo ne

corrisponde un’altra esercitata dal corpo stesso

Lezione 3 - Il terzo principio della dinamica


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Due corpi interagiscono: sia nel caso di

forze a distanza, sia nel caso di forze di

contatto, le forze sui due corpi sono

uguali e opposte


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Terzo principio della dinamica (o principio delle azioni reciproche o principio di

azione e reazione)

Quando un corpo A esercita una forza su un

corpo B, il corpo B esercita su A una forza uguale

e opposta.


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La ruota esercita sull’asfalto una

forza (forza ruota-asfalto)

L’asfalto reagisce esercitando

sulla ruota una forza uguale e

opposta (forza asfalto-ruota)

Quest’ultima permette alla

motocicletta di avanzare.


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Le forze uguali e opposte dovute al

terzo principio non si compensano

perche sono applicate a corpi diversi.

Delle sei forze rappresentate,

solamente due agiscono sul bambino:

-la reazione del terreno Ftb

-la reazione della slitta Fsb

Poiche la risultante di queste due forze

e diretta in avanti, il bambino riesce ad

avanzare


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I principi della dinamica sono applicabili a diversi fenomeni della

vita quotidiana

Lezione 4 - Alcune applicazioni dei tre principi


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Corpo che cade in un fluidoLa forza totale e la risultante della forza peso e della forza di attrito del mezzo, che dipende dalla velocità:

Mentre il corpo cade, la sua velocità cresce fino a raggiungere la velocità di regime o velocità limite: a quel punto

la forza di attrito uguaglia il peso, la forza risultante è nulla, e il corpo continua a cadere, ma con velocità costante


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Un corpo che cade in un fluido raggiunge una velocità costante


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In direzione perpendicolare al piano c’e

equilibrio tra le forze agenti

In direzione parallela al piano agisce solo la

componente parallela del peso, e quindi c’e

accelerazione:

Corpo che scende lungo un piano inclinato senza attrito

e sempre inferiore a 1, quindi a < g


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Se lungo il piano agisce una forza di attrito,

la forza lungo la direzione parallela risulta

L’accelerazione, ovviamente, e minore

rispetto al caso senza attrito


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