Forze particolari

SteDV
di SteDV
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Esplora le forze particolari in fisica, come la forza gravitazionale, il peso e la forza normale. Scopri le loro relazioni, formule e l'effetto sui corpi in caduta libera e su superfici di sostegno, per comprendere meglio il mondo fisico.

Concetti Chiave

  • La forza gravitazionale è l'attrazione tra due corpi, generalmente la Terra e un altro corpo, e determina l'accelerazione di gravità diretta verso il centro del pianeta.
  • Il peso di un corpo è la forza necessaria a contrastare l'effetto della forza gravitazionale e si calcola con la formula P = mg, dove m è la massa e g è l'accelerazione di gravità.
  • Il peso viene misurato in condizioni di immobilità; in un sistema in accelerazione, si parla di peso apparente, influenzato dall'accelerazione stessa.
  • La forza normale è la forza esercitata da una superficie su un corpo perpendicolarmente, che contrasta l'attrazione gravitazionale e si equilibra quando il corpo è immobile.
  • Nel caso di un corpo su una superficie, la forza normale è calcolata come F_N = m(a_y + g), dove a_y è l'accelerazione verticale e g è l'accelerazione di gravità.

Forze particolari

Forza gravitazionale

La forza gravitazionale

[math]\mathbf{F_g}[/math]
(o forza di gravità) è responsabile dell'attrazione reciproca tra due corpi, il secondo dei quali è, solitamente, la Terra (o un altro corpo astronomico).
Nel caso tipico dei corpi in caduta libera presso la superficie terrestre, la forza gravitazionale è rivolta al centro del pianeta e produce l'accelerazione di gravità
[math]g[/math]
.

Per un generico corpo di massa

[math]m[/math]
:
  • trascurando la resistenza dell'aria;
  • in assenza di altre forze significative;
  • in riferimento all'asse
    [math]y[/math]
    rivolto verso l'alto;
[math]\text{se } \textbf{F}_{net} = m \textbf{a} \text{ allora }\\ \textbf{F}_{net} = \textbf{F}_{net,y} = \textbf{-F}_g = m (\textbf{-g}) \Rightarrow \textbf{F}_g = m \textbf{g}[/math]

Peso

Il peso (

[math]P[/math]
) di un corpo è determinato dallo sforzo necessario a compensare l'effetto della forza gravitazionale, che agisce sul corpo stesso e lo induce a cadere. Si tratta di una grandezza fisica scalare, pari all'intensità (al modulo) della forza necessaria a compensare l'effetto dell'attrazione gravitazionale
[math]\textbf{F}_g[/math]
.
Per un corpo di massa
[math]m[/math]
e di peso
[math]P[/math]
:

[math]\text{deve essere } P – F_g = m \cdot 0 = 0 \text{ perciò } P = F_g = mg[/math]

NOTA - Per definizione, il peso di un corpo è rilevato in condizioni di immobilità. Qualunque misurazione del peso in riferimento a un sistema in accelerazione si definisce peso apparente, poiché è condizionata dall'accelerazione stessa.

Forza normale

I corpi subiscono l'azione della forza gravitazionale anche quando sono posti sulle superfici che, flettendosi, impediscono loro di cadere.
Infatti, ogni superficie esercita sui corpi che sostiene una forza opposta all'attrazione gravitazionale, chiamata forza normale

[math]\mathbf{F_N}[/math]
(o reazione vincolare), perpendicolare alla superficie stessa.
Nel caso di un corpo di massa
[math]m[/math]
collocato su un ripiano:

[math]\text{se } \textbf{F}_{net} = \textbf{F}_{net,y} = \textbf{F}_N - \textbf{F}_g = \textbf{F}_N – m \textbf{g} = m \textbf{a}_y[/math]

[math]\text{allora } \textbf{F}_N = m \textbf{a}_y + m \textbf{g} = m (\textbf{a}_y + \textbf{g})[/math]

NOTA - L'accelerazione verticale

[math]\textbf{a}_y[/math]
è nulla se il corpo considerato è immobile rispetto al terreno (nel qual caso
[math]\textbf{F}_N = m \textbf{g}[/math]
).

Domande da interrogazione

  1. Qual è la definizione di forza gravitazionale e il suo effetto sui corpi in caduta libera?

    2. La forza gravitazionale è l'attrazione reciproca tra due corpi, solitamente la Terra e un altro corpo. Essa è rivolta verso il centro del pianeta e produce l'accelerazione di gravità, indicata con [math]g[/math], per i corpi in caduta libera.

  2. Come si determina il peso di un corpo e qual è la sua relazione con la forza gravitazionale?

    3. Il peso di un corpo, indicato con [math]P[/math], è la forza necessaria a compensare l'effetto della forza gravitazionale [math]\textbf{F}_g[/math]. Si esprime con la formula [math]P = F_g = mg[/math], dove [math]m[/math] è la massa del corpo e [math]g[/math] è l'accelerazione di gravità.

  3. Che cos'è la forza normale e come si relaziona con la forza gravitazionale?

    4. La forza normale [math]\mathbf{F_N}[/math] è la forza esercitata da una superficie su un corpo, opposta all'attrazione gravitazionale. Essa è perpendicolare alla superficie e, nel caso di un corpo immobile, si equilibra con la forza gravitazionale, risultando in [math]\textbf{F}_N = m \textbf{g}[/math].

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