L'Equilibrio e la Forza Peso

L'equilibrio si verifica quando un corpo è fermo e mantiene uno stato di quiete. Per un punto materiale, l'equilibrio si ha quando la somma vettoriale delle forze applicate è zero.

Definizione: Un punto materiale è un modello che rappresenta un oggetto come un punto, utile quando il corpo è piccolo rispetto allo spazio circostante.

La forza peso $P$ è la forza gravitazionale esercitata dalla Terra su un oggetto. È direttamente proporzionale alla massa dell'oggetto:

P = m · g

Dove:

• m è la massa dell'oggetto
• g è la costante gravitazionale $9,81 N/kg sulla Terra$

Highlight: La differenza tra massa e peso è fondamentale: il peso è una grandezza vettoriale che dipende dalla gravità, mentre la massa è una grandezza scalare invariabile.

Esempio: Un oggetto di 1 kg sulla Terra ha un peso di 9,81 N, ma sulla Luna $g = 1,62 N/kg$ peserebbe solo 1,62 N.

La Forza di Gravità

La forza di gravità è una forza di interazione a distanza tra due corpi. Le sue componenti sono:

• Direzione: la retta che congiunge i centri di massa dei corpi
• Verso: sempre attrattivo
• Modulo: calcolato con la formula Fg = G · $M · m$ / r²

Dove:

• G è la costante gravitazionale universale $6,67 · 10⁻¹¹ N·m²/kg²$
• M e m sono le masse dei corpi
• r è la distanza tra i centri dei corpi

Vocabulary: La bilancia a bracci uguali è uno strumento utilizzato per misurare la massa di un oggetto.

Highlight: La forza di gravità è responsabile dell'attrazione tra tutti i corpi nell'universo, dalla caduta degli oggetti sulla Terra al movimento dei pianeti.

La Forza Elastica

La forza elastica è una forza di richiamo che tende a riportare una molla alla sua lunghezza iniziale. È descritta dalla legge di Hooke:

Definizione: La legge di Hooke afferma che l'intensità della forza elastica F è direttamente proporzionale all'allungamento o alla compressione x della molla.

F = -k · x

Dove:

• k è la costante elastica della molla $misurata in N/m$
• x è lo spostamento dalla posizione di equilibrio

Highlight: Il segno negativo nella formula indica che la forza elastica è sempre opposta allo spostamento.

In forma vettoriale, la legge di Hooke si esprime come:

F = -k · Δs

Dove Δs rappresenta lo spostamento vettoriale dalla posizione di equilibrio.

Esempio: Una molla con costante elastica k = 100 N/m, allungata di 0,1 m, eserciterà una forza elastica di 10 N nella direzione opposta all'allungamento.

La Forza di Attrito

L'attrito è una forza che si esercita tra due corpi a contatto e si oppone al loro movimento. Esistono tre tipi principali di attrito:

1. Attrito radente: quando un corpo scivola su una superficie
2. Attrito volvente: quando un corpo rotola su una superficie
3. Attrito viscoso: che si oppone al moto di un corpo in un mezzo fluido

L'attrito radente si distingue in:

• Attrito statico: quando il corpo è fermo
• Attrito dinamico: quando il corpo è in movimento

La formula dell'attrito radente è:

Fattrito = μ · FN

Dove:

• μ è il coefficiente di attrito $μs > μd$
• FN è la forza normale $premente$ sulla superficie

Highlight: L'attrito statico è generalmente maggiore dell'attrito dinamico.

Esempio: Un blocco di legno su una superficie di vetro avrà un coefficiente di attrito diverso rispetto allo stesso blocco su una superficie di carta vetrata.

La Reazione Vincolare

La reazione vincolare è una forza esercitata da un vincolo in risposta a una sollecitazione. È sempre perpendicolare al vincolo stesso.

Definizione: Un vincolo è un elemento che limita il movimento di un corpo.

La reazione vincolare si calcola considerando l'equilibrio delle forze agenti sul corpo, inclusa la forza peso e eventuali forze esterne applicate.

Esempio: Per un corpo appoggiato su un piano inclinato, la reazione vincolare sarà perpendicolare alla superficie del piano e avrà un'intensità pari alla componente della forza peso perpendicolare al piano.

Highlight: La comprensione della reazione vincolare è fondamentale per l'analisi dell'equilibrio statico in meccanica.

La forza premente totale su una superficie è data dalla somma vettoriale della forza peso e di eventuali forze esterne applicate:

Forza premente = P + Festerna

Dove:

• P è la forza peso
• Festerna è una forza aggiuntiva applicata al corpo

Vocabulary: Il termine "vincolo" in fisica si riferisce a qualsiasi limitazione imposta al movimento di un sistema meccanico.

Le Forze

Le forze sono grandezze vettoriali che modificano il moto dei corpi. Possono agire per contatto $come un martello su un chiodo$ o a distanza $come la gravità o il magnetismo$.

Definizione: Una forza è una grandezza vettoriale caratterizzata da verso, direzione e modulo, con un punto di applicazione.

L'unità di misura della forza è il newton $N$. Un newton equivale alla forza che produce un allungamento della molla di un dinamometro uguale a quello prodotto da una massa di 1 kg appesa.

Esempio: 1N = 1 kg · 1 m/s²

La risultante di più forze è la somma vettoriale delle singole forze che agiscono su un oggetto.

Le principali forze studiate sono:

• Forza peso $gravità$
• Forza elastica
• Forza di attrito

Highlight: È fondamentale comprendere la natura vettoriale delle forze per analizzare correttamente i fenomeni fisici.