Inizio News FORZE Info

★ ☆ ☆

Introduzione - I principi - Tipi di forze

<<< Precedente   -   Successivo >>>

Nella vita comune possiamo osservare come le forze fondamentali si manifestino nelle forme più varie. Nella maggior parte delle situazioni abbiamo la possibilità di studiare applicazioni delle prime due interazioni (gravitazionale ed elettromagnetica).
Vediamo alcuni esempi:

Forza Gravitazionale


La Forza di gravità è una delle forze fondamentali, ed è descritta per mezzo della legge di Newton: "la forza gravitazionale che agisce tra due corpi è sempre attrattiva, è direttamente proporzionale al prodotto delle due masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra essi".

FG   =   G · M1 · M2   ⁄   R²

Essendo G la constante di proporzionalità, chiamata costante di gravitazione universale e vale G = 6,672 · 10-11 N · m2 · kg-2.

Forza Peso


La Forza Peso, o semplicemente il Peso, di un corpo è la forza con cui la Terra attrae a sé ogni corpo per effetto del campo gravitazionale che si crea. Ogni corpo dotato di una massa, subisce una forza di attrazione:

P   =   m · g

Essendo g l'accelerazione di gravità che al livello del mare vale circa 9,81m/s².
Questa formula è una semplificazione della legge di Newton nel caso in cui R sia il raggio della terra ed M1 la massa della terra, M2 la massa di un corpo attratto dalla terra, ponendo:

  • m = M2
  • g = G · M1   ⁄   R²

Inoltre tale formula è in accordo con il II principio della dinamica, in quanto la forza si ottiene moltiplicando la massa di un corpo per un'opportuna accelerazione.

Esempio 3.

Calcoliamo la forza peso di un uomo di 80,0kg.

Dati:
Massa dell'uomo: m = 80,0kg
Accelerazione di gravità: g = 9.81m/s²
Peso dell'uomo: P = incognita

Soluzione: Applicando la definizione di forza peso:

P = m · g

P = 80,0 · 9,81 = 785

Il peso dell'uomo è di 785N.


Esempio 4.

Calcoliamo la massa di una donna avente il peso di 600N.

Dati:
Peso della donna: P = 600N
Accelerazione di gravità: g = 9.81m/s²
Massa della donna: m = incognita

Soluzione: Applicando la formula inversa alla precedente:

m = P : g

m = 600 : 9,81 = 61,2

La massa della donna è di 61,2kg.

Forza Elastica


La Forza Elastica è quella che possiede ogni corpo in grado, dopo aver subito una deformazione, di tornare alla forma originale; l'esempio più semplice è appunto un elastico o una molla che, dopo esser stati allungati o compressi, tendono a tornare alle dimensioni iniziali, secondo la formula:

FE   =   – k · s

Essendo k la costante elastica, un valore che indica quanto sia rigido il corpo (e quindi quanto sia difficile allungarlo o comprimerlo), mentre con s indichiamo lo spostamento che corrisponde alla deformazione raggiunta dal corpo: maggiore è la deformazione, maggiore sarà la forza di richiamo.
Il segno negativo prima di k indica che la forza si oppone sempre alla deformazione: se allunghiamo un elastico, la forza tenderà a ridurlo, se comprimiamo una molla, essa tendarà ad allungarla.

Esempio 5.

Una molla ha una costante elastica di 20N/m. Di quanto la possiamo allungare applicando una forza di 8,0N?

Dati:
Forza applicata: F = 8,0N
Costante elastica: k = 20N/m
Deformazione della molla: s = incognita.

Soluzione: Il massimo allungamento che potremo eseguire corrisponde alla situazione in cui la forza elastica arriva a pareggiare esattamente la forza da noi applicata, oltre non possiamo andare; di conseguenza la forza elastica che ci interessa vale F = – 8,0N.
Per calcolare l'allungamento (ossia la deformazione) possiamo rigirare la formula:

s = – F : k

s = – (–8,0) : 20

s = 8,0 : 20 = 0,40

Possiamo allungare la molla di 0,40m, ossia 40cm.

Forza d'Attrito


La Forza d'Attrito o semplicemente l'attrito, è una forza che si oppone al moto, produce quindi sempre decelerazioni, ed è dovuta alle interazioni elettromagnetiche tra le superficie del corpo che si muove e del mezzo in cui viaggia.
Possiamo dividere tre tipi di attrito:

  1. Attrito radente

    ossia quello di un corpo che scivola lungo una superficie. Esso dipende dalla ruvidità tra il corpo e la superficie (μ) e dalla forza di pressione che si applica tra di essi (F)

    FA   =   – μ · F

    La costante μ si chiama coefficiente di attrito ed è maggiore se il corpo è fermo (attrito statico), minore se il corpo è già in movimento (attrito dinamico).

  2. Attrito volvente

    ossia quello di un corpo circolare che rotola lungo una superficie. È simile all'attrito radente, ma è tanto minore quanto maggiore è il raggio del corpo e ha un diverso coefficiente d'attrito:

    FA   =   – μv · F   ⁄   R

  3. Attrito viscoso

    ossia quello di un corpo si muove immerso in un fluido. Tale forza dipende molto dalla velocità e dalla forma del corpo. Per basse velocità e per oggetti di forma sferica l'attrito viscoso vale:

    FA   =   – 6 π η R v

    Essendo η la viscosità del fluido, R il raggio della sfera e v la velocità del corpo.

Esempio 6.

Calcoliamo la forza d'attrito prodotta da oggetto di 7,0kg che si muove con una velocità di 6,0m/s, su una superficie piana orizzontale avente un coefficiente d'attrito dinamico di 0,5.

Dati:
Massa: m = 7,0kg
Velocità: v = 6,0m/s
Costante d'attrito: μ = 0,5
Forza d'attrito: FA = incognita.

Soluzione: L'attrito è causato dalla forza premente che, poichè il piano è orizzontale, corrisponde con la forza peso:

F = P = m · g

F = 7,0 · 9,8 = 69

La forza premente è di 69N; per calcolare la forza d'attrito dobbiamo usare la formula per l'attrito radente:

FA = – μ · F

FA = – 0,50 · 69 = – 35

L'attrito prodotto è di 35N, diretta in verso contrario al moto. Osserviamo che il dato della velocità non è stato necessario per calcolare l'attrito: l'attrito radente non dipende dalla velocità con cui il corpo si muove.

Forza Vincolare


Un Vincolo è una forza che ostacola il moto di un corpo: usa superficie, una parete, una guida, che per assunto non possono esser attraversate. Le forze vincolari agiscono solo se sollecitate, ossia solo quando sono presenti altre forze che violerebbero il vincolo. Inoltre le forze vincolare sono forze esattamente opposte alle forze prementi la superficie del vincolo, in direzione perpendicolare.
Ad esempio un oggetto su un piano inclinato, per effetto della forza peso tenderebbe a cadere verticalmente, ma la presenza del vincolo genera una forza perpendicolare alla superficie che annulla la compononte perpendicolare della forza peso, in modo che il corpo subisca solo la componente parallela (alla superficie) della forza peso.

Forza di Tensione


Analogamente ai vincoli, la Tensione blocca il movimento secono alcune direzioni; è dovuta al legame tra le molecole di un corpo: tale legame evita che il corpo che blocca il movimento si spezzi.
Ad esempio una palla legata ad un centro per mezzo di una corda o un filo inestensibile e resistente, non potrà allontanarsi più di un certa distanza dal centro, ed ogni forza che tenderebbe ad allontanarla ulteriormente sarà neutralizzata dalla tensione della corda.

Forza centripeta


Definiamo come Forza centripeta ogni forza che produce un'accelerazione centripeta; nel caso in cui tale forza è perpendicolare allo spostamento e di modulo costante, genera un moto circolare uniforme; in tal caso il valore di tale forza è:

FC   =   m · v²   ⁄   R

Ogni forza può assumere il ruolo di forza centripeta, se agisce in modo costante e sempre perpendicolare alla direnzione del moto. Ad esempio la forza gravitazionale agisce da forza centripeta in quando fa ruotare i satelliti intorno ad un pianeta.

Forza Elettrica


La Forza Elettrica è un caso particolare della seconda interazione fondamentale, l'interazione elettromagnetica e, come accennato sopra, è descritta dalla legge di Coulomb: "la forza elettrica tra due corpi dotati di carica, è attrattiva nel caso di cariche discordi e repulsiva nel caso di cariche concordi; è direttamente proporzionale al prodotto delle due cariche e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra essi".

FEle   =   k · Q1 · Q2   ⁄   R²

Essendo k una costante chiamata costante dielettrica in quanto dipende solo dal mezzo (dielettrico) all'interno del quale sono poste le cariche; la constante dielettrica, nel caso le cariche si trovino nel vuoto, vale k0 = 8,99 · 109 N · m2 · C-2.

^
Torna su


<<< Precedente   -   Successivo >>>