LE FORZE FISICA E I VETTORI, ADDIZIONI E SOTTRAZIONI DI VETTORI, Sintesi del corso di Fisica

Scarica LE FORZE FISICA E I VETTORI, ADDIZIONI E SOTTRAZIONI DI VETTORI e più Sintesi del corso in PDF di Fisica solo su Docsity! FISICA: LA FORZA E IL MOTO CIRCOLARE UNIFORME LE FORZE Le forze si dividono tra forze di contatto dove appunto vi è un contatto tra chi compie l’azione e l’oggetto che la subisce come ad esempio quando solleviamo uno scatolo e poi ci sono le forze a distanza dove, al contrario, non vi è un vero e proprio contatto come ad esempio una calamita che usa la forza magnetica o anche tramite la forza elettrostatica. UNA FORZA PROVOCA CAMBIAMENTI NEL MOTO OPPURE DEFORMAZIONI DEGLI OGGETTI. Forza-peso La forza-peso, detta anche forza di gravità, è una forza a distanza ed è la forza che la terra esercita su un corpo avente una massa. Queste forze si chiamano ripartite. La forza di gravità è direttamente proporzionale alla massa del corpo, agisce lungo la verticale del luogo dove si trova il corpo, è diretta verso il basso ed è distribuita su tutto il corpo. Forza-peso=m (massa) • g (costante di proporzionalità) L’unità di misura delle forze L’unità di misura delle forze prima era il kilogrammo -peso proprio per la proporzionalità tra massa e peso mentre nel SI è il newton in onore dello scienziato Isaac Newton. Corrispondenza tra massa e peso: 1kg=9,8N Le forze come vettori La forza-peso è un segmento orientato perché le forze sono grandezze vettoriali, come gli spostamenti. - La lunghezza del segmento orientato è proporzionale all’intensità della forza - La retta su cui giace il segmento è detta retta d’azione della forza - La punta della freccia rappresenta il verso della forza - Le forze possono essere scomposte nelle loro componenti lungo x e y GLI ALLUNGAMENTI ELASTICI Forza e allungamento Se prendiamo una molla lunga 8,0 cm e attacchiamo un peso di 2,0 N la lunghezza diventa 10,2 cm e l’allungamento che la molla ha subito è di 2,2 cm a(allungamento)=Lo “l con zero”(lunghezza di partenza)-L(lunghezza finale) Gli allungamenti di una molla sono direttamente proporzionali ai pesi che vengono applicati perché se il peso raddoppia, raddoppia anche l’allungamento. La costante elastica della molla Il peso è direttamente proporzionale all’allungamento quindi: costante= al peso : l’allungamento E si indica: k=p:a Inoltre ogni molla ha la propria costante elastica e se riportiamo in un grafico cartesiano gli allungamenti in funzione dei pesi applicati troveremo dei punti allineati con l’origine degli assi cartesiani. Una molla però non sopporta un peso qualsiasi quindi un peso che supera il limite di elasticità è indicato con Pc Ovvero il peso politico che provoca una deformazione permanente della molla. Per valori del peso superiori a Pc i punti nell’asse cartesiano non sono più allineati e peso e allungamento non sono più direttamente proporzionali. La legge di hooke F=k•a Questa formula rappresenta una legge fisica ricavata in base all’osservazione e permette di calcolare la forza necessaria per produrre un allungamento. Questa viene chiamata legge di Hooke dal nome del fisico che la scoperta ovvero l’inglese Robert Hooke e la legge è valida solo per i valori di F < Pc La forza di richiamo Quando tiriamo una molla allungandola sentiamo che reagisce con una forza che tende a farla tornare nella posizione iniziale questa è la forza di richiamo che è detta anche forza elastica. Questa forza è presente anche quando comprimiamo una molla e aumenta all’aumentare della compressione in entrambi casi la forza di richiamo si oppone allo spostamento della molla direttamente proporzionale alla deformazione quindi segue la legge di Hooke. F= -k•s Il segno negativo indica che F ed s hanno verso opposto. I dinamometri Sfruttando la proporzionalità tra forza e allungamento di una molla si può costruire uno strumento di misura della forza ovvero il dinamometro. Il dinamometro è costituito da una molla di costante elastica K inserita in un involucro cilindrico che ha una parte fissa e una parte mobile. Sulla parte Quindi ciò che all’inizio impedisce al blocchetto di muoversi è proprio l’attrito che è un fenomeno che si crea quando due superfici sono a contatto. Le superfici presentano sempre delle irregolarità anche quando apparentemente sembrano lisce e queste irregolarità tendono a incastrarsi fra loro e più quest’ultime sono grandi, più le superfici sono ruvide maggiore è l’attrito. Lubrificando le superfici l’attrito diminuisce perché si crea tra una superficie e l’altra uno strato di lubrificante. Il coefficiente di attrito statico L’intensità della forza di primo distacco è proporzionale alla forza premente sul piano d’appoggio che in questo caso è il blocchetto di legno quindi se la forza premente raddoppia anche quella di primo distacco raddoppia. Il rapporto fra l’intensità della forza di primo distacco e quella della forza premente viene chiamato coefficiente di attrito statico per tanto il coefficiente di attrito statico = all’intensità di forza di primo distacco : l’intensità della forza premente. Il valore del coefficiente di attrito statico dipende dalla superficie su cui poggia quindi ovviamente se una superficie è levigata il peso si sposta più facilmente mentre se è ruvida no. La forza di attrito statico La forza di attrito statico è una forza distribuita perché si esercita su tutto il peso che che va a contatto con il piano. Inoltre questa forza ha direzione parallela al movimento che vogliamo imporre il corpo e il verso opposto mentre la sua intensità è sempre uguale alla forza applicata a meno che questa forza superi la forza di primo distacco. La forza di attrito statico si manifesta solo se applichiamo una forza esterna per formare l’oggetto altrimenti questa forza non c’è ed è uguale a zero inoltre inoltre dipende anche dal coefficiente di attrito statico e dalla forza permanente. Se il corpo si trova sul piano orizzontale la forza premente coincide con il peso mentre se lo stesso corpo si trova su un piano inclinato la forza premente è minore del peso quindi sul piano inclinato l’attrito è automaticamente minore. La forza di attrito dinamico Abbiamo detto che se la forza premente supera il valore di primo distacco il blocchetto inizia a muoversi, in questo caso la forza di attrito comunque continua a opporsi al movimento e prende il nome di forza di attrito dinamico. La forza di attrito dinamico si divide in radente che si ha quando le due superfici strisciano tra loro (es. quando camminiamo la suola della scarpa e il terreno) e volvente che si ha quando le due superfici rotolano una sull’altra (es. la palla da bowling sulla pista). La forza di attrito radente ha direzione e verso uguali alla forza di attrito statico mentre l’intensità(della forza radente) = alla Forza premente • il coefficiente di attrito radente. La forza di attrito radente è minore della forza di attrito statico mentre l’attrito volvente di solito è inferiore a quello radente e dipende dalla forma e dalle dimensioni dell’oggetto a contatto. Infatti i dispositivi come la ruota trasformano l’attrito da radente in volvente facilitando quindi anche il movimento. APPROFONDIMENTI: Vi è anche la forza di attrito viscoso che si ha quando si attraversa un fluido (es. un paracadutista). Inoltre l’attrito radente si divide in radente statico è quando il corpo inizia a muoversi e radente dinamico è quello che c’è mentre il quaderno è già in movimento. Radente statico (mus) radente dinamico (mud). La forza premente si misura in N (newton), unità di misura forza attrito statico e dinamico è sempre in N (newton) mentre la forza elastica ha come unità di misura N (newton) : m (metri). La ricerca della forma perfetta L’attrito non si manifesta soltanto tra solidi a contatto ma anche quando un oggetto si muove in un fluido per esempio l’aria o l’acqua e questo tipo di attrito si chiama attrito del mezzo (detto anche attrito viscoso). La forza di attrito del mezzo dipende dal fatto che il corpo urta contro le molecole del fluido e viene rallentato quindi essa non è costante. Sei un corpo si muove lentamente dentro un fluido la forza di attrito direttamente proporzionale alla velocità: Fa= h•v h è la costante Sì invece il corpo si muove a velocità elevate la forza di attrito diventa proporzionale al quadrato della velocità: Fa= h•v al quadrato La costante h dipende dalla densità del fluido dalla superficie del corpo e della sua forma. Il coefficiente che esprime la dipendenza dalla forma del corpo viene chiamato coefficiente di resistenza (Cx) IL MOTO CIRCOLARE E LA VELOCITÀ Un punto materiale si muove di moto circolare se la sua traiettoria è una circonferenza, come per esempio nel caso della ruota panoramica. Mentre si chiama moto circolare uniforme un moto circolare in cui il vettore velocità istantanea mantiene invariato il suo modulo. La direzione della velocità è in ogni istante tangente (con un solo punto in comune) alla circonferenza e il verso può essere o orario o antiorario. La velocità in un moto circolare è il rapporto fra la lunghezza dell'arco percorso sulla circonferenza e l'intervallo di tempo impiegato a percorrerlo. v=AB/∆t Se il moto è uniforme, il punto percorrersi uguali intervalli di te in più uguali. Se il punto percorre l'intera circonferenza (lunga 2πr) impiega un certo intervallo di tempo che si chiama periodo del r) impiega un certo intervallo di tempo che si chiama periodo del moto (T). L'unità di misura sono i metri al secondo (m/s). v=2πr) impiega un certo intervallo di tempo che si chiama periodo del r/T poiché f=1/T, se andiamo a sostituire il valore nella formula della velocità abbiamo: v=2πr) impiega un certo intervallo di tempo che si chiama periodo del rf. T equivale al periodo, cioè alla durata di un giro completo di circonferenza. f (si scrive con la lettera minuscola) equivale alla frequenza, cioè al numero di giri compiuti in un secondo. Nel SI (sistema internazionale) l'unità di misura della frequenza è l'hertz (Hz). 1Hz= 1giro/1 secondo. la frequenza viene spesso espressa in giri/minuti (rpm in inglese) Esempio: 1Hz= 1giro/s = 60 rpm Sia nel moto circolare che nel moto circolare uniforme, è presente un accelerazione (diretta sempre verso il centro della circonferenza) che è causata dal cambiamento di direzione della velocità. am=∆v/∆t. L'accelerazione che caratterizza il moto circolare si chiama accelerazione centripeta. ac=v²/r dove v è la velocità del punto e r il raggio della circonferenza. l'angolo Alfa si forma dall'unione tra il raggio e il punto che si muove di moto circolare. La sua velocità angolare si calcola dal rapporto tra l'angolo descritto dal raggio è l'intervallo di tempo impiegato a descriverlo: w (omega)= a/∆t Nel SI (sistema internazionale) l'unità di misura dell'ampiezza degli angoli si misura in rad (radianti) mentre la velocità angolare in radianti (rad/s). Se noi abbiamo la lunghezza dell'arco di circonferenza AB e il raggio, l'ampiezza si calcola con il rapporto tra la lunghezza il raggio: a (alfa)= l/r L'unità di misura della lunghezza equivale a 2πr) impiega un certo intervallo di tempo che si chiama periodo del r, quindi l'unità di misura di a (alfa) equivale a 2πr) impiega un certo intervallo di tempo che si chiama periodo del . Sia l'accelerazione centripeta che la velocità tangenziale dipendono dal raggio. La velocità tangenziale corrisponde alla velocità normale quindi v =2πr) impiega un certo intervallo di tempo che si chiama periodo del r/T. Noi sappiamo che 2πr) impiega un certo intervallo di tempo che si chiama periodo del / T equivale a w (omega), quindi se andiamo a sostituire, il valore della velocità tangenziale sarà: v=wr Per quanto riguarda l'accelerazione centripeta, si calcola come: ac=v²/r. Noi sappiamo però che v=wr, quindi andando a sostituire avremo: ac=w²r²/r che semplificato diventa ac=w²r