Il terzo principio della dinamica

Il terzo principio della dinamica è l’ultimo dei tre descritti da Isaac Newton nel Principia (1687). Insieme al principio d’inerzia ed il principio di proporzionalità costituisce la base su cui poggia tutta la meccanica classica. Il terzo principio della dinamica è noto anche come principio di azione e reazione. Come il primo e il secondo, è valido in sistemi inerziali e descrive la fisica del movimento dei corpi con velocità di molto inferiore alla velocità della luce. La legge fisica descritta da questo principio è quella che permette il funzionamento dei motori a reazione e quindi all’uomo di effettuare i lanci per le missioni spaziali. Grazie ad esso funzionano anche le turbine di un aereo e i rotori degli elicotteri. Inoltre è fondamentale per la nostra locomozione. Camminando spingiamo il terreno dietro di noi, ed esso ci restituisce una forza uguale e contraria in verso che ci permette di avanzare.

Azione e reazione

Alla base del terzo principio della dinamica vi è l’interazione fra due corpi. Un esempio pratico è il nuotatore che coi piedi si spinge sulla parete della piscina prima di iniziare a nuotare. Quando un corpo A esercita una forza su un corpo B, quest’ultimo sta interagendo con A. Se sottoposto a una forza, B ne eserciterà istantaneamente un’altra del tutto simile alla prima. La forza generata da B sarà esprimibile tramite un vettore, caratterizzato da modulo e direzione uguali a quelli della forza subita, ma verso opposto. Il principio quindi definisce la reazione di un corpo sottoposto a uno stimolo e la conseguenza che tale risposta ha sul corpo che lo ha generato.

Un chiaro esempio in cui è osservabile il terzo principio della dinamica è quello della racchetta da tennis. Osservando a rallentatore il momento in cui la pallina si scontra con la racchetta si è in grado di notare che questa si deforma. La deformazione della racchetta è data dalla forza di azione che la pallina esercita sulle sue corde. La forza di reazione invece è visibile invece sulla pallina, che all’impatto risulterà deformata dalla risposta della racchetta.

Riprendendo l’esempio della camminata, a una prima intuizione può sembrare contrario a quanto scritto, siccome non è possibile vedere una reazione del suolo su cui imprimiamo una forza. Il suolo comunque reagisce esercitando sul piede una forza che, come già accennato, ci permette il movimento in avanti.  Il motivo per cui il suolo sembra non subire alcuna forza è la massa inerziale della Terra che se paragonata a quella di un essere umano risulta essere enorme. L’accelerazione data dal piede risulta dunque inosservabile.

La reazione vincolare

La reazione vincolare è una forza data dal vincolo a cui è soggetto un corpo. Questa forza  annulla ed è generata dalla forza risultante di un corpo. Secondo il terzo principio della dinamica ha direzione e modulo uguali alla risultante, ma il verso è opposto. Questa forza dunque neutralizza quella che la genera lasciando il corpo un uno stato di equilibrio.
Il valore massimo che può raggiungere è dato dalla resistenza del materiale che costituisce il vincolo. Ecco perché quando ci appoggiamo ad un muro con la schiena, non cadiamo all’indietro ed allo stesso modo, quando appoggiamo degli oggetti su un tavolo questi non precipitano al suolo.

 

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