Corpo Puntiforme e Corpo Rigido

Pensate a una palla da calcio che rotola: la fisica la vede in modo diverso da come fate voi! Un corpo puntiforme è come se fosse un punto senza dimensioni - può solo muoversi avanti e indietro nello spazio, senza ruotare. Un corpo rigido invece ha delle dimensioni, quindi oltre a spostarsi può anche girare su se stesso.

Quando un oggetto è in equilibrio, tutte le forze che agiscono su di lui si bilanciano perfettamente. Per un punto materiale basta che la somma di tutte le forze sia zero - facile no? È come quando spingete un oggetto da due lati con la stessa forza: non si muove perché le forze si annullano.

Le forze vincolari sono quelle che impediscono a un oggetto di attraversare una superficie. Se appoggiate il vostro zaino sul banco, il banco "risponde" con una forza uguale e contraria al peso dello zaino. Ci sono due tipi principali: la forza vincolare rigida (come il banco) e la forza di tensione (come una corda).

💡 Ricorda: Negli esercizi, se un corpo è già in equilibrio, le forze orizzontali sommate daranno sempre zero, e stesso vale per quelle verticali!

Il Momento di una Forza e l'Equilibrio

Avete mai provato ad aprire una porta spingendo vicino ai cardini? È durissimo! Questo succede perché quello che conta non è solo la forza, ma anche dove la applicate. Il momento di una forza è proprio questo: il prodotto tra la forza e la distanza dal punto di rotazione (chiamata braccio).

La formula è semplice: M = ±Fb. Il segno positivo indica rotazione antioraria, quello negativo oraria. Se la forza è obliqua, dovete calcolare il braccio usando seno o coseno dell'angolo dato.

Per un corpo rigido in equilibrio servono due condizioni: la somma delle forze deve essere zero E la somma dei momenti deve essere zero. Questo perché può sia traslare che ruotare, a differenza del punto materiale.

Una coppia di forze è formata da due forze uguali e opposte applicate in punti diversi. Il momento totale è semplicemente il prodotto tra una delle forze e la distanza tra i loro punti di applicazione.

💡 Trucco: Per aprire facilmente una porta, spingete il più lontano possibile dai cardini - aumentate il braccio e quindi il momento!

Le Leve

Le leve sono i vostri migliori amici quando dovete sollevare pesi enormi! Una leva è semplicemente un'asta rigida che ruota attorno a un punto fisso chiamato fulcro. Avete la forza che volete vincere (resistente) e quella che applicate voi (motrice).

La condizione magica per l'equilibrio è: FRbR = FMbM. Questo significa che se il braccio della vostra forza è più lungo, potete vincere una forza molto più grande della vostra! Il rapporto FR/FM vi dice il vantaggio della leva.

Esistono tre tipi di leve:

• Primo genere: fulcro in mezzo (forbici, altalena)
• Secondo genere: resistenza in mezzo, sempre vantaggiose (carriola)
• Terzo genere: forza motrice in mezzo, sempre svantaggiose (pinzette)

Le leve di secondo genere sono sempre vostre alleate perché amplificano sempre la forza. Quelle di terzo genere vi "tradiscono" ma offrono velocità e precisione.

💡 Esempio pratico: Una carriola è una leva di secondo genere - ecco perché riuscite a trasportare pesi enormi con poco sforzo!

Il Baricentro

Il baricentro è il punto magico dove si concentra tutto il peso di un oggetto. Immaginatelo come il punto di equilibrio perfetto - se riusciste a sostenere un oggetto proprio lì, rimarrebbe in equilibrio perfetto.

Per i corpi simmetrici e omogenei, il baricentro sta proprio al centro. Per sistemi di più masse, usate la proporzione: d1 : d2 = F2 : F1 - le distanze sono inversamente proporzionali alle forze.

L'equilibrio dipende dalla posizione del baricentro:

• Equilibrio stabile: il baricentro si trova nella posizione più bassa possibile
• Equilibrio instabile: il baricentro è in una posizione "precaria"
• Equilibrio indifferente: l'altezza del baricentro non cambia

Per un corpo appoggiato, l'equilibrio c'è se la verticale dal baricentro passa attraverso la base di appoggio. Per un corpo sospeso, deve passare per il punto di sospensione.

💡 Curiosità: Ecco perché le auto sportive sono basse - abbassano il baricentro per essere più stabili in curva!

La Pressione e la Legge di Pascal

La pressione è quanto "schiacciate" una superficie. Non dipende solo da quanto premete, ma anche da quanto è grande la superficie! Formula: P = F/A. Ecco perché i tacchi a spillo affondano nella terra mentre le scarpe da trekking no.

I fluidi (liquidi e gas) hanno una proprietà incredibile scoperta da Pascal: la pressione applicata in un punto si trasmette uguale in tutti gli altri punti del fluido. È come premere un palloncino - si schiaccia tutto, non solo dove premete.

Il torchio idraulico sfrutta questa legge per moltiplicare le forze. Con due cilindri di dimensioni diverse collegati, una piccola forza sul cilindro piccolo diventa una forza enorme su quello grande. La proporzione è: FA/FB = SA/SB.

Il volume però si conserva - quello che perde un cilindro lo guadagna l'altro. Quindi SA × ha = SB × hb, creando una proporzionalità inversa tra superfici e spostamenti.

💡 Applicazione: I martinetti delle auto, le presse industriali e i freni idraulici funzionano tutti con questo principio!

Pressione Idrostatica e Legge di Stevino

Quando vi tuffate in piscina, sentite la pressione aumentare nelle orecchie? È la pressione idrostatica! Più scendete in profondità, più il liquido "pesa" sopra di voi. La formula di Stevino è: p = p₀ + dgh.

La pressione totale è la somma della pressione atmosferica (p₀) più quella dovuta al liquido. Dipende dalla densità del liquido (d), dall'accelerazione di gravità (g) e dalla profondità (h) - non dal volume o dalla forma del recipiente!

Nei vasi comunicanti, liquidi uguali raggiungono sempre la stessa altezza. Con liquidi diversi non miscibili, si crea una proporzionalità inversa: dA/dB = hB/hA. Il liquido più denso sta più in basso, quello meno denso più in alto.

Questa proprietà spiega perché l'acqua in tutti i tubi di casa raggiunge lo stesso livello e come funzionano i sifoni.

💡 Fatto curioso: La pressione atmosferica equivale al peso di una colonna d'aria alta quanto tutta l'atmosfera - circa 10 metri d'acqua!

Archimede e la Pressione Atmosferica

Eureka! Archimede scoprì che ogni corpo immerso in un fluido subisce una spinta verso l'alto pari al peso del fluido spostato: FA = dVg. Questa è la forza che vi fa sentire più leggeri in piscina!

Il galleggiamento dipende dal confronto tra peso del corpo e spinta di Archimede. Se FA = Fp, galleggia in equilibrio. Se il corpo è meno denso del fluido, sale (come l'olio nell'acqua). Se è più denso, affonda.

La pressione atmosferica fu misurata da Torricelli con un geniale esperimento: riempì un tubo di mercurio e lo capovolse in una bacinella. Il mercurio scese ma si fermò a 76 cm di altezza - quella colonna bilanciava esattamente la pressione dell'aria!

Da qui nascono le unità di misura: 1 atm = 1.01 × 10⁵ Pa, e in medicina si usa il mmHg (millimetro di mercurio) dove 1 mmHg = 133.322 Pa.

💡 Applicazione: Gli aerei volano sfruttando la differenza di pressione sopra e sotto le ali, e i sommozzatori devono fare attenzione alla pressione che aumenta con la profondità!

La Velocità e il Moto

Benvenuti nel mondo del movimento! Per studiarlo, immaginiamo gli oggetti come punti materiali - ci interessa solo dove vanno, non come ruotano. Il moto è sempre relativo al sistema di riferimento: voi su un treno in movimento siete fermi rispetto al treno, ma in moto rispetto alla stazione!

La traiettoria è la linea che unisce tutti i punti dove passa l'oggetto durante il movimento. Ma attenzione: in fisica quello che conta non è la strada fatta, ma lo spostamento - il vettore che va diretto dal punto iniziale a quello finale.

La velocità media è il rapporto tra spostamento e tempo: Vm = Δs/Δt. È come calcolare quanto veloci siete stati in media durante tutto il viaggio. La velocità istantanea invece vi dice quanto veloci siete in un preciso momento.

Ricordatevi le conversioni: 1 km = 1000 m e 1 h = 3600 s. Per convertire da km/h a m/s dividete per 3.6, per il contrario moltiplicate per 3.6.

💡 Esempio pratico: Se andate da casa a scuola in 10 minuti percorrendo 2 km, la vostra velocità media è 12 km/h, anche se magari avete corso a 20 km/h e camminato a 5 km/h!