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Introduzione - I principi - Tipi di forze

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Il moto e le forze


La forza è una delle grandezze fisiche derivate più importanti, dal momento che è può produrre lavoro, calore e quindi trasformazioni energetiche.
Inoltre è la diretta responsabile del moto di un corpo, o meglio del cambiamento dello stato di un corpo: ci accorgiamo che su un corpo agisce un forza ogni volta che ad esempio esso da fermo inizia a muoversi, oppure rallenta fino a fermarsi, oppure se il corpo viene deformato, ecc.
In generale quindi possiamo dire che:

Una forza (F) è una grandezza in grado di modificare lo stato di un corpo.

Nel Sistema Internazionale l'unità di misura della forza è il Newton (N): 1N = 1kg · 1m · 1s–2

Le forze sono grandezze vettoriali. Se due o più forze agiscono contemporaneamente su uno stesso oggetto, per stabilire il risultato è necessario calcolare la forza risultante, mendiante la regola del parallelogramma; se al contrario una forza è applicata ad un oggetto che può muoversi solo in una determinata direzione (diversa da quella della forza) allora sarà necessrio calcolare la componente parallela del vettore forza, lungo la direzione del moto.

Le interazioni fondamentali


In natura le forze si manifestano in varie forme, a seconda del tipo di energia a cui sono collegate. Ma tutte le forze si possono raggruppare in quattro tipi di forze, le cosiddette interazioni fondamentali

  1. Interazione Gravitazionale.

    La forza gravitazionale è la più conosciuta delle quattro interazioni, facendo i conti con la quale tutti i giorni per mezzo della gravità presente sulla terra. Tale forza è descritta dalla legge di Newton, la quale afferma che la forza gravitazionale attrae ogni coppia di corpi tra loro, è tanto più intensa quanto più i corpi sono grandi e vicini tra loro. Essa ha la particolarità di avere un raggio d'azione infinito, percui anche due corpi lontanissimi tra loro, potenzialmente possono esercitare una forza d'attrazione reciproca.

    Ogni pianeta e più in generale ogni corpo celeste, per effetto della propria massa e delle proprie dimensioni, possiede un campo gravitazionale, descritto dal vettore accelerazione di gravità g, per effetto del quale ogni oggetto vicino al corpo celeste è attratto da quest'ultimo. Sulla terra al livello del mare g vale circa 9,81 m/s²

  2. Interazione Elettromagnetica.

    La forza elettromagnetica è si manifesta in presenza di cariche elettriche, fisse o in movimento. È la responsabile dei fenomeni elettrici e magnetici a cui assistiamo comunemente (corrente elettrica, dispositivi elettronici, calamite, motori elettrici...)

    La componente elettrica agisce tra ogni coppia di corpi possendenti una carica elettrica; essa è descritta dalla legge di Coulomb, molto simile alla legge di Newton, ma la differenza fondamentale è che la forza elettrica può esser repulsiva se le cariche hanno lo stesso segno, attrattiva se hanno segno diverso.
    Ogni corpo in natura possiede una carica elettrica, data dalla somma delle cariche dei propri atomi, ma l'intensità di tale carica generalmente è molto bassa, sicché la forza agente non è rilevabile a livello comune.

    La componente magnetica agisce in presenza di magneti, o di fili percorsi da correnti elettriche; i magneti possiedono due poli che è impossibile separare (al contrario delle cariche elettriche), possono essere trovati in natura o costruiti artificialmente per mezzo di correnti elettriche.
    In generale possiamo pensare un qualunque magnete come un corpo formato da atomi polarizzati, le cui zone di carica positiva e negativa si orientano tutti secondo una stessa direzione e uno stesso verso: questo provoca un'asimmetria nella carica elettrica e quindi la creazione di due poli magnetici.

  3. Interazione (Nucleare) Debole.

    L'interazione debole ha un raggio d'azione molto piccolo e un'intensità bassa; è agisce nel legame che si crea tra i fermioni, ossia la famiglia di particelle elementari che comprende i leptoni (elettroni, muoni, tauoni e neutrini) e dei quark (up, down, strange, charme, top, bottom).
    Essa è responsabile dei fenomeni radioattivi come il decadimento beta, quel processo per cui i quark possono cambiare tipo (o sapore), facendo sì che un neutrone si divida in un protone e un elettrone, emettendo un neutrino.

  4. Interazione (Nucleare) Forte.

    L'interazione forte (o cromatica) ha un raggio d'azione piccolissimo, ma un'intensità molto elevata; avviene tra le particelle sub-atomiche e, sebbene abbia intensità molto elevata, possiede un raggio d'azione molto corto, per cui solo se le particelle sono molto vicine possiamo osservare la sua azione.
    In particolare è la forza che attrae tra loro i quark per formare protoni e neutroni, e per far sì che essi restino uniti nel nucleo.

    L'interazione forte è molto più intensa della forza elettromagnetica, motivo per il quale all'interno del nucleo di un atomo i protoni non si respingono tra loro sebbene abbiano carica elettrica uguale.


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