Articolo sulla legge del moto di Newton
1. Definizione di forza
La forza è qualcosa che provoca l'accelerazione degli oggetti. In altre parole, la forza è qualcosa che muove, ferma o cambia la direzione del movimento di un oggetto. La forza è una grandezza vettoriale e, pertanto, ha un modulo e una direzione. Il simbolo della forza è F (Forza). F è un simbolo generico di forza. Esistono diversi tipi di forza e non tutte le forze hanno il simbolo F. L'unità di misura del sistema internazionale è kg m/s². Newton.
2. Definizione di forza netta
La forza risultante (ΣF) è la somma di tutte le forze che agiscono su un oggetto. La forza è una grandezza vettoriale, quindi la forza totale viene calcolata in base alla regola di addizione vettoriale.
La forza totale è pari a 10 Newton, con direzione verso destra.
La forza totale è pari a 8 Newton, con direzione verso destra.
La forza totale = 0
La forza totale = 0
3. Le leggi del moto di Newton
Le leggi del moto di Newton sono le leggi della fisica relative al moto di un oggetto, formulate dal fisico inglese Isaac Newton.
3.1 Prima legge di Newton
La prima legge di Newton afferma che ogni oggetto che è a riposo rimane a riposo, o che ogni oggetto che si muove in linea retta a velocità costante
L'oggetto continuerà a muoversi in linea retta a velocità costante se la forza totale che agisce su di esso è pari a zero.
ΣF = 0
Questa equazione è un'espressione matematica derivante dalla prima legge di Newton.
Osserva un oggetto intorno a te, come un tavolo, una pietra o qualsiasi altro oggetto. Un tavolo fermo rimarrà fermo se non viene spostato o se non viene applicata una forza esterna, come una spinta o una trazione. Non c'è alcuna forza che agisce su tavoli, pietre o oggetti fermi? C'è una forza che agisce sull'oggetto, ma la somma di tutte le forze che agiscono su di esso, ovvero la forza totale, è zero. Le forze che agiscono sugli oggetti che si trovano fermi sulla superficie di pianeti come la Terra sono la forza di gravità (ω) e la forza normale (N). La direzione della forza di gravità è perpendicolare al centro della Terra, mentre la direzione della forza normale è perpendicolare verso l'alto. L'intensità di queste due forze è la stessa, ma hanno direzione opposta, quindi la forza totale è uguale a zero.
Che dire degli oggetti che si muovono in linea retta a velocità costante? Per chiarire questo problema, supponiamo di spingere un oggetto, ad esempio un pezzo di metallo, sulla superficie di un pavimento. Dopo essere stato spinto, il metallo rallenta e si ferma a causa dell'attrito. Affinché un pezzo di metallo si muova più lontano o per una distanza maggiore, è necessario che la superficie del pavimento e quella del pezzo di metallo siano lisce. Se la superficie del pavimento è liscia e non c'è attrito, il pezzo di metallo continuerà a muoversi e non si fermerà. Non c'è alcuna forza che agisce sul pezzo di metallo che si muove sulla superficie di un pavimento perfettamente liscio? Ci sono forze che agiscono sui pezzi di metallo, ovvero la forza di gravità e la forza normale. Entrambe queste forze agiscono in direzione verticale e non influenzano il movimento dei pezzi di metallo in direzione orizzontale se il pavimento è liscio.
3.2 La seconda legge di Newton
La seconda legge di Newton afferma che se la forza totale che agisce su un oggetto è diversa da zero, l'oggetto accelererà. L'intensità dell'accelerazione è proporzionale all'intensità della forza totale e inversamente proporzionale alla massa dell'oggetto. La direzione dell'accelerazione è la stessa della direzione della forza totale.
ΣF = ma
ΣF = forza totale (kg m/s2), m = massa (kg), a = accelerazione (m/s2)
L'equazione 1.2 è un'espressione matematica derivante dalla seconda legge di Newton.
Se l'accelerazione è uguale a zero (a = 0), l'equazione 1.2 si trasforma nell'equazione 1.1. Pertanto, la prima legge di Newton è un caso particolare della seconda legge di Newton. In base all'equazione 1.2 si conclude che maggiore è la forza, maggiore è l'accelerazione. Viceversa, maggiore è la massa, minore è l'accelerazione. La relazione tra forza, massa e accelerazione si comprende meglio dopo aver condotto un esperimento al riguardo.
Esempio di problema 1:
Determina l'intensità e la direzione dell'accelerazione degli oggetti in base alla figura sopra…
Soluzione:
ΣF = ma
4 kg m/s2 = (1 kg) a
a = 4 kg m/s2 : 1 kg = 4 m/s2
L'entità dell'accelerazione è pari a 4 m/s².2, la direzione dell'accelerazione verso destra.
Esempio di problema 2:
Determina l'intensità e la direzione dell'accelerazione in base alla figura qui sopra...
Soluzione:
ΣF = ma
4 kg m/s2 – 1 kg m/s2 = (1 kg) a
3 kg m/s2 = (1 kg) a
a = 3 kg m/s2 : 1 kg
a = 3 m/s2
L'entità dell'accelerazione è pari a 3 m/s².2, la direzione dell'accelerazione verso destra.
3.2.1 Peso (w)
Il peso è la forza di gravità che agisce su un oggetto dotato di massa.
ΣF = ma
w = mg
L'equazione 1.3 è l'equazione per calcolare il peso di un oggetto.
w = peso (kg m/s)2), m = massa (kg), g = accelerazione di gravità (m/s²)2L'intensità dell'accelerazione gravitazionale (g) sulla superficie terrestre è pari a 9.8 m/s².2Per semplificare i calcoli, g viene arrotondato a 10 m/s2.
3.2.2 Forza normale (N)
La forza normale è la forza che agisce su due oggetti che si toccano, nella cui direzione è perpendicolare alla superficie del piano di contatto.
Osservate gli oggetti che si trovano ancora sopra la superficie del tavolo. Anche la forza di gravità, o peso, agisce sull'oggetto. Gli oggetti non cadono liberamente come la frutta che cade da un albero perché è presente una forza normale. Il peso (w) e la forza normale (N) sono uguali ma in direzioni opposte, in modo che la forza totale su un oggetto sia zero.
ΣF = 0
N – w = 0
N = w
3.3 La terza legge di Newton
La terza legge di Newton afferma che se un oggetto 1 esercita una forza su un oggetto 2, contemporaneamente anche l'oggetto 2 esercita una forza sull'oggetto 1. Le due forze sono uguali, ma hanno direzioni opposte. Una forza è chiamata azione, l'altra reazione.
F azione = – F reazione
L'equazione 1.3 è un'espressione matematica derivante dalla terza legge di Newton. Il segno negativo nell'equazione 1.3 spiega la direzione della forza.
Sperimenta per comprendere meglio la terza legge di Newton. Se hai uno skateboard, spingi contro un muro stando in piedi sullo skateboard. Dopo aver spinto il muro, lo skateboard si muove all'indietro. La direzione della tua forza è in avanti, mentre la direzione dello skateboard è all'indietro.
Questo indica che anche il muro esercita una forza su di te. Quando spingi il muro, allo stesso tempo anche il muro spinge te. La tua forza di spinta agisce sul muro, mentre la forza di spinta del muro agisce su di te. Entrambe le forze agiscono nella stessa direzione ma in direzioni opposte. Puoi definire una forza come azione e l'altra come reazione.
Un altro esperimento che si può fare è gonfiare un palloncino di gomma e, dopo che si è espanso perché riempito d'aria, rilasciarlo. Una volta rilasciato, il palloncino "vola". La direzione del movimento del palloncino è opposta alla direzione in cui l'aria esce dal palloncino. Come si spiega questo?
Quando si apre la bocca del palloncino, questo espelle l'aria. Allo stesso tempo, l'aria spinge il palloncino. La forza di spinta dell'aria fa sì che il palloncino voli. La forza esercitata sul palloncino agisce in modo complementare alla forza esercitata dall'aria. Le due forze sono uguali, ma hanno direzione opposta.
Osservate la figura 2 e confrontatela con la figura 3. La forza normale che agisce su un oggetto (N) è la forza esercitata da una superficie piana, come ad esempio la superficie di un tavolo. Allo stesso tempo, gli oggetti esercitano anche una forza sulla superficie del tavolo (N'). Entrambe queste forze normali (N e N') hanno la stessa intensità, ma agiscono in direzioni opposte e su oggetti diversi. A differenza di w e N, che hanno la stessa intensità e agiscono sullo stesso oggetto. Pertanto, N e N' rappresentano forze di azione e reazione.
