Il secondo principio della dinamica e le forze fondamentali

 

Forze libriSir Isaac Newton fu uno dei più grandi scienziati di tutti i tempi. Le sue scoperte in ambito fisico e matematico sono solo una parte dei suoi studi ed è considerato dal mondo scientifico come il padre della meccanica classica. Nell’anno 1687 pubblicò i Philosophiae Naturalis Principia Matematica. Noto anche semplicemente come Principia, questo trattato di tre libri contiene gli enunciati delle tre leggi della dinamica e della legge di gravitazione universale. Riguardo al secondo principio della dinamica, Newton scrisse: “Mutationem motus proportionalem esse vi motrici impressae, et fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur”. Si può tradurre così: “Una variazione del moto è proporzionale alla forza motrice impressa, ed avviene secondo la linea retta su cui tale forza è impressa”. Con queste parole Newton descrivette per la prima volta cos’è una forza, da qui il perché l’unità di misura delle forze sia il newton (N). Ma dunque, cos’è una forza?

Cosa sono le forze

Le forze sono grandezze fisiche vettoriali che agiscono sui corpi. Una forza possiede una direzione e un verso che, dal secondo principio della dinamica, è noto che siano gli stessi dell’accelerazione del corpo. Inoltre è caratterizzata dal modulo, calcolato come la Zucchemoltiplicazione tra la massa inerziale e il modulo dell’accelerazione. Da qui si può già ottenere quella che è la più conosciuta formula di Newton: F=m*a.
In questa formula al rapporto tra forza e accelerazione è direttamente proporzionale, così come lo è tra forza e massa inerziale.
Per un oggetto di massa m la costante di proporzionalità tra forza e accelerazione è la massa stessa. Ma più un corpo è massivo, maggiore sarà la sua inerzia, cioè la tendenza ad opporsi al movimento. Se, ad esempio, si applicasse la stessa forza a due zucche, una più grande e una più piccola, si vedrà che quest’ultima sarà quella con accelerazione maggiore. Dunque esiste una proporzionalità inversa tra massa ed accelerazione.

MotoLe forze provocano variazioni nel moto dei corpi. Se la forza è applicata con lo stesso verso e direzione della velocità di partenza avrò un moto rettilineo uniformemente accelerato. Se il verso è contrario, è il caso di un moto uniformemente decelerato. Quando invece è la direzione ad avere inclinazione diversa allora si deve scomporre la forza nelle sue due componenti e il moto presenta una curvatura.

Le forze fondamentali

Le interazioni (o forze) fondamentali sono le quattro forze principali che descrivono fenomeni fisici a cui sono riconducibili tutte le altre forze.

ISSQueste quattro forze sono la forza gravitazionale, la forza elettromagnetica, la forza nucleare forte e la forza nucleare debole. La forza gravitazionale è comune a tutta la materia siccome tutti i corpi si attirano reciprocamente.  Si tratta della forza che permette ai satelliti di orbitare attorno alla Terra per esempio. La forza elettromagnetica è prodotta dalle cariche elettriche e può essere sia attrattiva sia repulsiva.  Le forze nucleari agiscono all’interno dei nuclei atomici. La forza nucleare forte è ciò che tiene assieme protoni e neutroni, mentre la forza nucleare debole è responsabile della radioattività.

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