Effetto di più forze su un corpo rigido – Spiegazione

Effetto di più forze su un corpo rigido – Spiegazione

Quando bisogna eseguire la somma o la differenza tra vettori, essi possono essere traslati senza che le frecce su cui sono rappresentati subiscano alterazioni.
Tutto ciò è valido anche per le forze, ma solo in parte.
Infatti, se applico una forza in punti diversi all'interno di una stessa direzione, l'effetto rimane il medesimo; per esempio, se voglio spostare una bicicletta in avanti, muoverla a partire dalla ruota posteriore, dal sellino oppure dalla ruota anteriore.

Tuttavia se si applicano forze in differenti punti, ma non nella stessa direzione, la cosa cambia, perché le forze sono vettori applicati, ossia producono un effetto diverso a seconda del loro punto di applicazione; questo è visibile nel momento in cui proviamo a spingere in avanti una penna: se viene mossa dal centro, allora compie una semplice traslazione, mentre se viene spinta da una delle due estremità, allora viene provocata una rotazione.

Nel momento in cui, invece, le forze interessate sono più di una, si possono presentare tre casi differenti:

- forze collineari, ossia forze che agiscono sulla stessa retta d'azione;

- forze concorrenti, le cui rette d'azione si intersecano in un punto;

- forze parallele, che agiscono su direzioni parallele tra di loro.

Un esempio di forze collineari è dato dal tiro alla fune, in cui bisogna vincere applicando una forza maggiore della squadra avversaria.
In questo caso, la forza risultante avrà come modulo la differenza o la somma dei moduli (dipende se le forze hanno versi opposti o meno), la stessa direzione e il verso della forza maggiore (oppure lo stesso verso se si tratta di forze con il medesimo).

Per quanto riguarda le forze concorrenti, invece, un esempio è fornito da una situazione in cui vengono trainati i cani, che applicano forze le cui direzioni si intersecano in un determinato punto.
Per trovare la forza risultante, quindi, si dovrà ricorrere al metodo del parallelogramma per direzione e verso, mentre il modulo potrebbe essere anche solo calcolato, nel momento in cui si creano i presupposti per il teorema di Pitagora (triangolo rettangolo, triangoli con angoli di 45° oppure 30°/60°).

Infine, le forze parallele si dividono in 2 tipi: concordi e discordi.
Per le prime, le forze hanno lo stesso verso e la risultante presenta una direzione parallela, modulo dato dalla somma dei due, e mantiene il verso delle stesse; invece, in caso di forze discordi, le forze presentano versi differenti e quindi la risultante avrà un modulo dato dalla differenza delle due, verso della forza maggiore e una direzione parallela alle due.

Tuttavia si pone il problema, in entrambi i casi, del punto di applicazione della forza risultante.
Innanzitutto, è bene sapere che in caso di forze concordi essa si trova nello spazio tra le due forze interessate, mentre se le forze sono discordi allora si troverà esterna a questo spazio; inoltre, la risultante si troverà sempre più vicina alla forza maggiore delle due.

Ma, per trovare il suo punto di applicazione, è necessario l'utilizzo di una proporzione, dove forze e relative distanze (dalla risultante) sono inversamente proporzionali:

F1 : F2 = d2 : d1 di conseguenza F2 X d2 = F1 X d1 (f=forza, d=distanza)