Dinamica: Principi e Forze

• La meccanica è la parte della fisica che studia il moto dei corpi.
• Si divide in:
• Statica: studia l'equilibrio dei corpi.
• Cinematica: descrive le proprietà dei moti (senza considerare le cause).
• Dinamica: studia la relazione tra forze e movimento.

Il Ruolo delle Forze

• La dinamica studia la relazione tra il movimento dei corpi e le forze che lo causano.
• I principi fondamentali della dinamica sono tre, enunciati da Isaac Newton (1643-1727).
• Il primo principio è il principio di inerzia.
• Il secondo principio è la legge fondamentale della dinamica.
• Il terzo principio è il principio di azione e reazione.

Primo Principio della Dinamica

• Aristotele (384 a.C. - 322 a.C.) sosteneva che alla base del moto e della velocità deve esserci necessariamente una forza.
• Galileo Galilei (1564-1642), applicando il metodo scientifico, giunse a una conclusione opposta: un corpo permane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme finché non interviene una causa esterna (forza) a modificare tale stato.
• Isaac Newton (1642-1727) formulò chiaramente i principi fondamentali della dinamica nella loro forma definitiva.
• Se si spegne il motore di un'auto in movimento, essa continua a muoversi per inerzia.
• In assenza di forze o con risultante delle forze agenti nulla, un corpo fermo continua a rimanere fermo, mentre un corpo in moto rettilineo uniforme prosegue secondo tale moto.
• Il principio di inerzia esprime la tendenza dei corpi a rimanere nel loro stato di quiete o di moto rettilineo uniforme quando le forze sono nulle.
• L'inerzia può essere vista come una resistenza dei corpi a modificare il proprio stato.
• Stato di moto rettilineo uniforme e stato di quiete sono equivalenti e non richiedono una forza per essere mantenuti.
• L'applicazione di una forza non serve per mantenere costante la velocità di un oggetto, ma per cambiarla.

Sistemi di Riferimento Inerziali

• Quando si studia il moto, è necessario precisare il sistema di riferimento.
• Durante la frenata di un autobus, il primo principio della dinamica è valido per un pedone fermo fuori, ma non per un passeggero all'interno.
• I sistemi di riferimento in cui vale il principio d'inerzia sono detti inerziali, altrimenti sono non inerziali.
• La Terra è un sistema di riferimento inerziale approssimativo.
• Ogni sistema di riferimento che si muove a velocità costante rispetto a un sistema inerziale è anch'esso inerziale.
• In un autobus:
• Quando si muove a velocità costante, sia il sistema del pedone che quello del passeggero sono inerziali.
• Durante la frenata, il sistema del pedone rimane inerziale, mentre quello del passeggero diventa non inerziale.
• Il principio di inerzia non vale nei sistemi di riferimento accelerati.

Allacciarsi le Cinture

• Il principio di inerzia spiega perché è fondamentale allacciare le cinture di sicurezza in auto.
• In caso di incidente, l'auto frena bruscamente, ma gli occupanti continuano a muoversi in avanti per inerzia.

Sistemi di Riferimento Inerziali e la Terra

• La Terra non è un sistema di riferimento inerziale perfetto a causa dei suoi moti accelerati (rotazione e rivoluzione).
• Tuttavia, l'accelerazione è minima e può essere ignorata - perciò si assume che la Terra sia un sistema di riferimento inerziale approssimativo.
• Ogni sistema fisso rispetto alla Terra o in moto traslatorio rettilineo uniforme rispetto ad essa è considerato inerziale.
• Il primo principio della dinamica permette di identificare i sistemi di riferimento in cui valgono i principi della dinamica.
• Per verificare se in un sistema valgono i principi della dinamica, è sufficiente controllare se vale il principio di inerzia.

Principio di Relatività Galileiano

• Le leggi della dinamica hanno la stessa forma in tutti i sistemi di riferimento inerziali.
• Sebbene le leggi siano le stesse, i valori delle grandezze fisiche possono essere diversi da un sistema di riferimento all'altro.
• Forze e accelerazioni sono le stesse in tutti i sistemi inerziali, ma - ad esempio - la velocità di un oggetto varia a seconda del sistema di riferimento in cui viene misurata.

Secondo Principio della Dinamica

• La forza non è la causa della velocità, bensì dell'accelerazione.
• La forza produce una variazione di velocità, cioè un'accelerazione.

Forza ed Accelerazione

• L'accelerazione di un punto materiale è direttamente proporzionale alla forza che ne è la causa.
• Il secondo principio della dinamica implica che il rapporto tra la forza applicata e l'accelerazione risultante è costante.
• A parità di forza, l'accelerazione è inversamente proporzionale alla massa.

Definizione di Massa

• Più grande è la massa di un corpo, maggiore è la sua resistenza ad essere accelerato.

• La massa rappresenta la misura dell'inerzia di un corpo, ovvero la sua resistenza a variare la propria velocità.

• La massa inerziale è la resistenza di un oggetto al tentativo di accelerarlo.