Cos’è la forza La forza è un’interazione tra due corpi o sistemi di corpi.
Come possono essere le forze? Possono essere forze di contatto o forze a distanza.
Esempio di forza di contatto: la forza impressa dal vento su una vela o la forza con la quale una persona spinge un carrello del supermercato.
Esempio di forza a distanza: la forza magnetica con cui una calamita attira uno spillo o la forza di gravità con cui la Terra attira verso il basso uno sciatore.
Descrivere l’effetto delle forze: ■ se applicata a un oggetto fermo può fare aumentare la sua velocità, come accade a un pallone quando si tira un calcio di rigore; ■ se applicata a un oggetto in moto può fare diminuire la sua velocità, come accade al pallone quando finisce in rete; ■ può far variare direzione al moto di un corpo, come quando una pallina da tennis viene respinta da un giocatore; ■ può far ruotare un corpo, come quando si spinge una porta girevole; ■ può modificare la forma del corpo a cui è applicata, come quando si comprime una molla o si allunga un elastico.
Quanti tipi di effetti delle forze possiamo distinguere? In tutti i casi esaminati si può notare che gli effetti delle forze sono di due tipi: ■ un effetto dinamico, che cambia lo stato di quiete o di moto dei corpi coinvolti, ■ un effetto statico, che produce invece delle deformazioni. In realtà anche questo secondo effetto è riconducibile a una variazione dello stato di moto a livello microscopico delle molecole costituenti i corpi.
Riconosciamo che le forze sono grandezze vettoriali: per descrivere una forza è necessario indicare ■ la direzione, cioè la retta lungo cui la forza agisce; ■ il verso in cui è orientata; ■ il modulo o intensità, misurato con uno strumento chiamato dinamometro.
Perchè per una forza è rilevante il punto di applicazione? Consideriamo, per esempio, una penna appoggiata sul tavolo. ■ Se applichi una forza a un estremo della penna, questa tende a traslare, ma anche a ruotare. ■ Con una forza identica, ma applicata al centro della penna, la penna invece si sposta parallelamente a se stessa.
In definitiva cosa sono le forze?
[su_note]Le forze sono vettori applicati: per esse (oltre alla direzione, al verso e al modulo) è importante il punto di applicazione.[/su_note]
Cos’è il DINAMOMETRO? [su_note]E’ uno strumento che consente di ottenere una misura statica dell’intensità di una forza.[/su_note] Esso è costituito da una molla racchiusa in un cilindro sul quale è disegnata una scala graduata. Applicando una forza sul gancetto attaccato alla molla si produce un allungamento.
Quando diciamo che due forze hanno la stessa intensità? Quando applicate all’estremità della molla del dinamometro, provocano allungamenti uguali.
Qual è l’unità di misura usata per misurare l’intensità di una forza? Nel Sistema Internazionale l’unità di misura della forza è chiamata newton (simbolo N).
Definizione di Newton
[su_note]Un newton è l’intensità della forza-peso con cui la Terra attrae un corpo di massa uguale a 102 g posto sulla sua superficie.[/su_note] Per farci un’idea di quanto è grande questa unità di misura, è circa uguale a 1 N la forza che esercitiamo quando teniamo in mano un ettogrammo (100 g) di burro e vale circa 10 N la forza che serve a sorreggere un kilogrammo di zucchero.
Come è possibile tarare un dinamometro? Tarare il dinamometro significa costruire una scala graduata sulla quale leggere i valori delle forze. ■ Segniamo 0 N nella posizione in cui si trova l’estremità della molla scarica. ■ Dopo aver appeso alla molla una massa campione di 102 g, segniamo 1 N nella nuova posizione. ■ Appendiamo due masse da 102 g e segniamo 2 N, poi proseguiamo in questo modo. Abbiamo così ottenuto una scala graduata che ci permette di misurare le forze.
Come avviene la somma delle forze? Le forze sono grandezze vettoriali, perciò si sommano come i vettori. Quando su un corpo agiscono più forze, per ottenere la forza totale possiamo utilizzare il metodo punta-coda, il metodo del parallelogramma o la somma tramite componenti cartesiane. La forza totale, data dalla somma vettoriale di tutte le forze agenti, è detta forza risultante.
LA FORZA-PESO E LA MASSA In natura due corpi dotati di massa si attraggono reciprocamente con una forza chiamata forza di gravità. Tale forza governa il moto dei pianeti intorno al Sole, ma è anche responsabile della caduta dei corpi sulla superficie terrestre.
[su_note]Tutti i corpi nelle vicinanze della superficie terrestre vengono attratti verso il centro della Terra per effetto della forza di gravità; essa si manifesta localmente come una forza diretta verso il basso, chiamata forza-peso.[/su_note] La forza-peso è una grandezza vettoriale: per descriverla dobbiamo specificare la sua direzione, il suo verso e il suo modulo.
La forza-peso FP ha: ■ direzione perpendicolare alla superficie terrestre; ■ verso dall’alto in basso; ■ modulo dato dalla formula seguente:
Fp=mg
Fp = Forza peso (N) m = massa (kg) g = costante di proporzionalità (N/kg)
In un determinato luogo g è costante, perciò la forza-peso Fp è direttamente proporzionale alla massa m: due corpi che hanno la stessa massa risentono della stessa forza-peso, mentre un corpo che ha massa doppia rispetto a un altro risente di una forza-peso doppia. Ma g può cambiare da un luogo all’altro, e così può cambiare anche il peso di un corpo. A Palermo, per esempio, g vale 9,80 N/kg, ma su un aereo a 10 000 metri di quota si ha g = 9,77 N/kg. D’ora in poi, per semplicità, useremo per il valore di g in prossimità della superficie terrestre due sole cifre significative:
g = 98 N/kg
Il peso cambia, la massa resta uguale La forza-peso e la massa sono grandezze diverse: ■ la forza-peso è una grandezza vettoriale, ed essendo una forza si misura con il dinamometro; ■ la massa, che esprime la quantità di materia, è una grandezza scalare e si misura con la bilancia a bracci uguali. Se si sale rispetto al livello del mare, la forza-peso diminuisce. Su un aereo che si trova a 10 000 m di altezza la forza-peso che agisce su una persona è più piccola del 3 per mille rispetto alla forza di attrazione che agisce sulla stessa persona a livello del mare. La forza-peso cambia a seconda di dove l’oggetto si trova. La massa di un oggetto, invece, è un proprietà intrinseca dell’oggetto e rimane la stessa ovunque: su un aereo, a 10 000 m di altezza, la bilancia a bracci uguali misura esattamente lo stesso valore che indicherebbe a terra.
Sulla Luna la nostra massa è la stessa che sulla Terra, mentre il nostro peso è un sesto di quello sulla Terra. La forza-peso sulla Luna è dovuta all’attrazione della Luna e non a quella della Terra. Da questi esempi possiamo concludere che: ■ la forza-peso non è una caratteristica del corpo, ma della sua interazione con la Terra (o con la Luna se si trova sulla Luna, o con Marte ecc.) e dipende dal corpo e dalla distanza che ha dalla Terra; ■ la massa è una caratteristica del corpo e non dipende dall’interazione con altri corpi.
[su_note]La forza-peso che agisce su un oggetto cambia da luogo a luogo. La massa, invece, è sempre la stessa.[/su_note]
Poiché il peso è una forza, va misurato in newton. Alla domanda «quanto pesi?» bisognerebbe rispondere: «tanti newton», invece siamo soliti rispondere: «tanti kilogrammi». Questo perché misuriamo generalmente il nostro peso con una bilancia pesapersone, che è uno strumento con un dinamometro nel quale la molla, per effetto della forza applicata, si comprime invece di allungarsi: le bilance sono tarate in modo da indicare il valore numerico della massa a partire da quello del peso misurato.