Definendo la Dinamica come la parte della fisica che studia il movimento dei corpi (causato dalle forze che agiscono su di essi), questa importante disciplina è costituita da tre principi fondamentali, sulla quale si basa la meccanica di Isaac Newton (1643-1727). Proprio partendo da questi principi, che mettono in relazione velocità, accelerazione, spostamento e tempo, si è capaci di descrivere la maggior parte dei movimenti dei corpi presenti sulla Terra, oltre a prevedere anche i movimenti dei corpi celesti.
RICORDA: I principi di Newton non possono essere applicati nella meccanica dei corpi microscopici e agli oggetti che viaggiano ad una velocità vicina a quella della luce (Es: il moto degli elettroni di un atomo).
1° Principio della Dinamica (Principio di Inerzia)
Un punto materiale mantiene costante la propria velocità vettoriale se e solo se è soggetto a una forza totale nulla. In particolare, quando il punto materiale è inizialmente fermo, esso continua a rimanere fermo.
Come ben sappiamo, la maggior parte degli oggetti che ci circondano si muovono prevalentemente con delle velocità che cambiano (in modulo) nel tempo e questa loro caratteristica è dovuta alle forze d’attrito che sono presenti quando un corpo rigido entra in contatto con una specifica superficie. Se non ci fossero attriti tutto si muoverebbe a velocità costante.
Però, per avere velocità costante non occorre eliminare per forza gli attriti. E’ sufficiente che la risultante delle forze sia nulla. Infatti, quando un paracadutista cade dal cielo, ad un certo punto del moto la sua forza peso P verrà equilibrata dalla forza di attrito viscoso Fa dell’aria che lo circonda. Le due forze sono entrambe verticali e si elidono l’una con l’altra.
Perchè “Principio di inerzia”?
Per inerzia si intende la tendenza dei corpi a mantenere invariata la propria velocità e, quindi, costante nel tempo. Infatti si dice che quando su un corpo non agiscono forze, o agiscono forze con risultante nulla, esso continua per inerzia a muoversi con la stessa velocità.
Cosa sono i Sistemi Inerziali?
Il principio di inerzia non vale in tutti i sistemi di riferimento; ad esempio, nel caso del treno della metropolitana, quando si mette in movimento sentiamo la sensazione di essere spinti all’indietro mentre quando frena tendiamo a spostarci in avanti. Per non perdere l’equilibrio vi è bisogno della presenza di maniglie e sostegni. Anche se non c’e niente che ci tira o ci spinge, subiamo comunque un’accelerazione rispetto al treno che non è dovuta all’attrito del pavimento (anche indossando dei pattini per trascurare l’attrito).
Bisogna quindi concludere che in circostanze come queste il 1° Principio della Dinamica non è rispettato. Per questo si chiamano Sistemi di riferimento Inerziali quelli in cui esso vale.
Bisogna anche ricordare che, dato un sistema di riferimento inerziale S:
- Tutti i sistemi che si muovono con velocità costante rispetto a S sono anch’essi inerziali;
- Tutti i sistemi di riferimento che rispetto ad S sono accelerati non sono inerziali.
2° Principio della Dinamica
(Legge fondamentale della Dinamica)
La forza totale su un corpo è uguale al prodotto della massa per l’accelerazione.
In formula:
F = ma [N = (Kg)x(m/s2)]
Questa equazione vale per tutti i corpi che possono essere descritti mediante il modello del punto materiale, cioè per gli oggetti dei quali ci interessa studiare solo il moto di traslazione (trascurando rotazione e moti interni se ci sono). In essa il simbolo F rappresenta la forza totale che agisce sul corpo, cioè la somma vettoriale delle diverse forze a esso applicate.
In aggiunta, questa formula suggerisce un altro modo per determinare la massa di un corpo semplicemente applicando la formula inversa
RICORDA: il secondo principio è vero solo per i sistemi di riferimento inerziali e contiene come caso particolare il principio di inerzia, dove se la forza risultante F è uguale a zero, allora anche l’accelerazione sarà uguale a zero (la velocità è costante).
3° Principio della Dinamica
(Principio di Azione e Reazione)
Una forza non si manifesta mai da sola, ma fa sempre parte di un’interazione, cioè di una coppia di forze che due corpi esercitano l’uno sull’altro
Se un corpo A agisce con una forza su un corpo B, anche B esercita una forza sul corpo A: le due forze hanno lo stesso modulo e direzione, ma di versi opposti.
La formula che esprime questo concetto è:
FA->B = – FB->A
Se una delle due forze è definita azione, l’altra rappresenta la reazione.
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