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Fisica classica/Dinamica: differenze tra le versioni

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==Sistema Internazionale==
[[File:CGKilogram.jpg|thumb|Massa campione depositata in Francia.]]
L'introduzione della massa completa il [[w:Sistema_internazionale_di_unità_di_misura|sistema internazionale]] (abbreviato in SI) di unità di misura per quanto riguarda la meccanica. La grandezza fisica massa viene indicata con [M}], le altre due grandezze di base della meccanica, la lunghezza e tempo, introdotte già nella cinematica si indicano rispettivamente con [L}] e [T}]. Notare come si usino le parentesi quadre per indicare le unità di misura. L'unità di misura della massa nel SI è il [[w:Chilogrammo|chilogrammo]] che è la massa di un particolare cilindro di altezza e diametro pari a 0,039 m di una lega di platino-iridio depositato presso l'Ufficio internazionale dei pesi e delle misure a Sèvres, in Francia. Un chilogramma è anche circa la massa di un litro di acqua a 4 <sup>o</sup>C.
 
La forza è una grandezza derivata le cui dimensioni fisiche sono ricavabili dalla seconda legge della dinamica:
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Una importante proprietà dei corpi in movimento (si ricorda che l'essere fermo è un tipo di moto) è data dalla '''quantità di moto''' ed è una quantità intrinseca del corpo data da
:<math>\vec p = m \vec v</math>
La quantità di moto è definita nella fisica classica come prodotto della massa per la velocità. È una grandezza vettoriale che ha importanti implicazioni negliin tutti i casi in cui o non vi siano forze esterne o siano trascurabili rispetto a quelle interne al sistema come nel caso degli urti: o delle esplosioni.
Questa ci permette di riformulare la seconda legge di Newton come:
:<math>\vec F=\frac{d \vec p}{dt}</math>
In realtà questa formulazione ha un carattere più generale, in quanto vi sono fenomeni in cui un punto materiale si spezza in due o più punti materiali, per cui nel fenomeno varia la massa del singolo frammento rispetto al totale.
== [[w:Impulso_(fisica)Impulso|Impulso]]==
Vi sono casi in cui agiscono delle forze per un tempo limitato, spesso con caratteristiche impulsive, delle forze per cui ha maggiore interesse determinare l'effetto complessivo della forza agente nel tempo, per questo viene introdotta una nuova grandezza fisica detta '''impulso'''
:<math>\vec J=\int_0^t \vec F dt\ </math>
Dalla seconda legge dinamica si ha che:
:<math>\vec J=\Delta \vec p</math>
Cioè che l'impulso di una forza provoca una variazione della quantità di moto del corpo.
Vi sono molti casi in cui le forze agiscono per un breve periodo e interessa non il dettaglio di cosa avviene durante l'azione della forza, ma come cambia la quantità di moto tra prima e dopo, ad esempio nel baseball quando la mazza colpisce la palla, nel tennis in cui la racchetta colpisce la palla o nel gioco del pallone.
 
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== Equilibrio ==
Il concetto di equilibrio, ora che sappiamo da cosa è provocato il movimento, dovrebbe essere più chiaro.
 
Vi sono due possibili tipi di equilibrio: '''equilibrio statico''' che impone un'assenza di movimento ed '''equilibrio dinamico''' che comporta un ''mantenimento'' dello stato di movimento (moto rettilineo uniforme).
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Quando un corpo soggetto a forze rimane fermo si può dedurre che la risultante delle forze è nulla.
= Analisi di vari tipi di forze =
In natura, da un punto di vista microscopico, esistono solo quattro forze, che non vengono chiamate con questo nome, ma vengone dette interazioni, in quanto agiscono a distanza; il concetto di forza è proprio solo della fisica classica, mentre la [[w:Fisica_moderna|fisica moderna]] parla solo di interazioni. L'[[w:Interazione_forte|interazione forte]] tiene insieme i nuclei atomici, mentre l'[[w:Interazione_debole|interazione debole]] è responsabile di alcuni fenomeni particolari delle particelle elementari: entrambe queste interazioni agiscono a brevissima distanza. Mentre le altre due interazioni fondamentali della natura quella [[w:Interazione_elettromagnetica|elettromagnetica]] e quella [[w:Interazione_gravitazionale|gravitazionale]] agiscono a grande distanza. L'interazione forte e debole sono studiate nei corsi avanzati di fisica, mentre la forza gravitazionale e la forza elettrica sono trattate nel seguito di questo wikibook.
 
In realtà nel mondo macroscopico si preferisce non studiare la natura elementare e dare una descrizione semplicata delle forze per come appaiono o per gli effetti che producono.
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La terra ha una forma praticamente sferica e attrae i corpi sulla sua superfice con una forza detta forza peso, diretta verso il centro della terra che vale:
:<math>\vec P= m_g\vec g</math>
Dove m<sub>g</sub> è la massa gravitazionale degli oggetti che coincide per quanto ne sappiamo sperimentalmente con una precisione di 103x10<sup>-1214</sup><ref>Phys. Rev. Lett. 100, 041101 (2008); http://www.npl.washington.edu/eotwash/publications/pdf/schlamminger08.pdf</ref> con la massa inerziale. Mentre
<math>\vec g=9.8 m/s^2</math> è l'accelerazione di gravità che ha piccole variazioni sulla superficie della terra. Il raggio della terra, 6375 Km, è così grande che in realtà nella maggior parte dei casi la terra si può approssimare con un piano e quindi g è diretta verso il basso.
 
Il [[Fisica_classica/Cinematica#Caduta verticale dei gravi|moto verticale dei gravi]] e il [[Fisica_classica/Cinematica#Moto parabolico|moto parabolico]] sono un tipico esempio della dinamica in presenza della sola forza peso, in realtà per quanto le due traiettorie siano diverse (una retta ed una parabola), se ci si mette in un sistema di riferimento inerziale con velocità eguale a quella tangenziale del moto parabolico esso ci apparirà come un moto verticale. Cioè se ad esempio all'interno di un aereo che viaggia di moto rettilineo uniforme facciamo cadere un oggetto: chi sta nell'aereo osserverà una caduta verticale, mentre
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In definitiva la risultante delle forze è nulla ed il corpo si trova in condizione di equilibrio statico.
 
Il coefficiente di attrito statico è compreso normalmente tra 0.04 per il [[w:PTFE|teflon]] su molte superfici e 1 per la gomma su cemento. Anche se bisogna aggiungere che ad esempio le gomme delle macchine di [[w:Formula_1|formula 1]] il coefficiente di attrito è molto maggiore di 1 e nell'altro estremo interponendo tra due superfici lisci uno strato di gas si riescono ad ottenere coefficienti di attrito statico minori 0.01. Inoltre il coefficiente di attrito statico dipende anche se si è su una superfice asciutta (<math>\mu_s \,\!</math> più grande) o bagnata (<math>\mu_s \,\!</math> più piccola).
Quando si verifica che: <math>| F_{s}|>\mu_s |N|\ </math> , il corpo inizia a muoversi ed entra in gioco un tipo di attrito dinamico.
 
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:<math>\vec F_{d}=-\mu_d |N|\hat v\ </math>
Dove <math>\hat v \,\!</math> è il versore velocità.
La forza di attrito dinamico ha un valore ben preciso (al contrario dell'attrito statico per cui è fissato un massimo). Nelle macchine per aumentare l'attrito dinamico, che determina la massima velocità ottenibile senza slittare, vengono aggiunti [[w:Alettone_(veicoli)|alettoni]], chei quali aumentano lail valore della reazione vincolare esercitando una elevata forza dall'alto verso il basso che si va ad aggiungere la peso prorio del veicolo.
 
Due esercizi specifici uno su [[Esercizi_di_fisica_con_soluzioni/Statica_e_dinamica_del_punto_materiale#3._Due_cubi|due cubi]] e l'altro su [[Esercizi_di_fisica_con_soluzioni/Statica_e_dinamica_del_punto_materiale#4._Piastra_con_sopra_un_oggetto|una piastra con sopra un oggetto]] sono esempi di attrito dinamico.
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Il piano inclinato permette di far muovere il corpo con una forza di trascinamento che è minore della forza di gravità, quindi il moto si svolge più lentamente ed è più facile il suo studio.
 
Qui vengono consigliati due esercizi: [[Esercizi_di_fisica_con_soluzioni/Statica_e_dinamica_del_punto_materiale#7._Piano_inclinato|semplice piano inclinato]] e [[Esercizi_di_fisica_con_soluzioni/Statica_e_dinamica_del_punto_materiale#12._Piano_inclinato_e_tratto_piano|la combinazione di un piano inclinato eed un piano orizzontale]]
 
== Tensione==
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La direzione di azione per quanto riguarda i corpi è opposta a quella della reazione vincolare. Si osserva in figura che la forza peso della sfera viene bilanciata dalla tensione del filo, ma il filo esercita una forza di tensione eguale ed opposta sulla impalcatura. La figura mostra via via le varie forze che derivano dal principio di azione e reazione.
 
La tensione determina condizioni di equilibrio statico come pernel caso di uno esercizio proposto: [[Esercizi_di_fisica_con_soluzioni/Statica_e_dinamica_del_punto_materiale#2._Trave_inclinata|una trave inclinata]] diretta unoda esercizioun propostocavo con un carico.
 
==Forze centripete==
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Nel moto di una [[Esercizi_di_fisica_con_soluzioni/Statica_e_dinamica_del_punto_materiale#11._Barca_a_vela|barca a vela]] si può ben vedere il significato della forza di attrito viscoso.
 
= Note =
<references/>
 
[[Fisica_classica/Energia e lavoro| Argomento seguente: Energia e lavoro]]
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