[Fisica] Domande su momento di una forza ed equilibrio di un corpo rigido
5. IL MOMENTO DI UNA FORZA
Il momento di una forza è una grandezza fisica di tipo vettoriale che causa la rotazione di un corpo rigido.
Consideriamo una forza F il cui punto di applicazione è ad una distanza r da un generico punto O.
Il momento della forza F rispetto al punto O è il prodotto vettoriale tra il vettore forza e la distanza tra il punto di applicazione della forza ed O.
Il momento della forza F si calcola con la seguente formula:
M = r x F (la sua unità di misura è [N∙m]).
DOMANDE E RISPOSTE:
42. Devi svitare un bullone con una chiave e vuoi fare meno fatica possibile.
– Come devi impugnare la chiave?
R: Bisogna impugnare la chiave all’estremità in modo tale che il braccio sia massimo.
– Che direzione devi dare alla forza che eserciti?
R: La direzione ottimale è quella perpendicolare al manico della chiave.
43. Perché le maniglie delle porte sono fissate nel punto più lontano ai cardini?
R: Perché in questo modo il braccio è massimo.
44. L’affermazione «Il braccio di una forza rispetto al punto O è la distanza tra il punto di applicazione della forza e il punto O» è corretta? Motiva la risposta.
R: No, è la distanza tra il punto O e la retta che contiene il vettore forza.
45. Una forza è applicata a un disco.
– Stabilisci in quale dei tre casi il momento della forza rispetto al centro O è maggiore.
R: Nel caso B.
– Riesci a stabilire quanto vale il momento con precisione in uno dei casi?
R: Sì, nel caso A è zero.
46. L’affermazione «Il momento di una forza rispetto a un punto O è un vettore che ha direzione perpendicolare alla retta che contiene il vettore forza» è corretta? Motiva la risposta.
R: È corretta ma incompleta: va specificato che è perpendicolare al piano che contiene il vettore forza e il punto O.
6. L’EQUILIBRIO DI UN CORPO RIGIDO
Ricordando che un corpo rigido è un oggetto che mantiene fissa le distanze tra i punti che lo compongono, e quindi risulta indeformabile, il moto ad esso associato è di tipo rototraslatorio.
Ovvero il corpo rigido può soltanto spostarsi (traslare) o ruotare su se stesso.
Visto che il movimento naturale di un corpo rigido è un moto rototraslatorio, la condizione per mantenere l’equilibrio di un sistema di tale genere è che esso non possa né traslare né ruotare.
Per cui:
– affinchè esso non trasli la somma vettoriale di tutte le forze esterne ad esso applicate deve essere nulla;
– affinchè esso non ruoti la somma vettoriale di tutti i momenti torcenti delle forze ad esso applicati, calcolati rispetto ad un punto qualsiasi, deve essere nulla.
DOMANDE E RISPOSTE:
56. Perché due forze uguali ed opposte, applicate al centro di un disco rigido come quello in figura, non producono alcun effetto, mentre se sono applicate agli estremi di un diametro lo mettono in movimento?
R: Perché nel primo caso sono nulli sia la forza totale che il momento totale applicati all’oggetto (forze uguali ed opposte nello stesso punto di applicazione, il braccio = 0). Nel secondo caso il momento totale è diverso da zero.
57. Un tavolo è stabile se, quando applichiamo una o più forze in vari punti, rimane in equilibrio.
– Perché il tavolo A è meno stabile del tavolo B?
R: Perché, a parità di forza applicata a un’estremità, il momento sul tavolo A è sempre maggiore del momento del tavolo B in quanto il braccio (distanza dal punto di aggancio delle gambe) è maggiore.
7. LE LEVE
Una leva è un’asta rigida che può ruotare attorno a un punto fisso chiamato fulcro.
La leva è in equilibrio quando il momento della forza resistente è uguale, in modulo, al momento della forza motrice.
