Statica - Equilibrio delle forze

La statica

La statica è l’equilibrio delle forze, ovvero la condizione per cui un corpo è in equilibro. La forza è qualunque cosa in grado di modificare lo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme di un corpo.
Tutte le forze che osserviamo in natura si possono ricondurre a tre categorie: forze gravitazionali, forze elettromagnetiche e forze nucleari.
Le forze producono sempre degli effetti sui corpi a cui vengono applicate.

Gli effetti sono fondamentalmente di due tipi:
1. effetto statico -> supponiamo di avere un corpo “vincolato”, cioè un corpo che non sia libero di muoversi: le forze applicate produrranno una deformazione del corpo. Questo è proprio l’effetto statico prodotto dalla
forza.
2. effetto dinamico -> una forza applicata ad un corpo libero di muoversi, lo mette in movimento o ne fa variare la velocità se già si muove.

Per misurare le forze abbiamo bisogno di uno strumento: il dinamometro.

Dinamometro

Il dinamometro è lo strumento con cui si può misurare l’intensità di una forza.
Esso è composto da una molla a cui può essere agganciata una massa che deformerà la molla allungandola.
Tale strumento è costituito essenzialmente da una molla che è dotata di un indice in grado di scorrere su una scala graduata. Per il suo funzionamento sfrutta l’effetto di deformazione prodotto dalle forze e utilizza, in particolare, una molla di acciaio.

N.B. Una molla è un corpo elastico, cioè un corpo che si deforma quando è soggetto a forze ma che riprende la forma originaria quando le forze applicate cessano la loro azione.

L’elasticità è la proprietà della materia in base alla quale un corpo, eliminate tutte le forze applicate ad esso, riprende la forma primordiale.
N.B. Non tutti i corpi, in particolare allo stato solido, sono elastici in quanto restano deformati in maniera più o meno intensa. Tali corpi vengono detti plastici.

Nella quotidianità

Nell’esperienza quotidiana noi associamo il concetto di forza alle azioni muscolari che siamo in grado di compiere. In natura, però, si presentano anche situazioni diverse:
- quando vediamo un sasso cadere dall’alto verso il basso interviene la forza di gravità;
- quando osserviamo un chiodo di ferro che viene attratto dalla calamita interviene la forza magnetica;
- quando strofiniamo una bacchetta di plastica con un panno di lana, la bacchetta acquisisce la capacità di attrarre a sé pezzettini di carta interviene la forza elettrica.

Forza peso

La forza di gravità è la forza che agisce su ogni oggetto dotato di massa e
sottoposto alla forza di gravità con la quale la Terra attrae a sé i corpi.
Il motivo per il quale noi restiamo attaccati al suolo è proprio questo: su di noi agisce la forza-peso che ci fa rimanere aderenti alla terra invece di farci
fluttuare in aria.

F = m x g

La principale caratteristica della forza peso è che essa è direttamente proporzionale alla massa e varia solo al variare di quest’ultima, in quanto l’accelerazione di gravità (g) è costante.

La forza di gravità è sempre diretta verticalmente verso il basso.
La costante g (= accelerazione) non è proprio una costante fisica perché il suo valore cambia in base all’altitudine e alla distanza del corpo dal centro
della Terra.

Forza elastica

I corpi elastici si deformano se sottoposti a una sollecitazione esterna rispetto alla situazione di riposo in cui si trovano in un dato sistema. La forza elastica interviene per riportare quel sistema allo stato iniziale di equilibrio.

La forza elastica è la forza con cui reagiscono i corpi quando questi vengono modificati da delle forze esterne.

Per spiegare la forza elastica si utilizza una molla, che può venire compressa oppure dilatata. Immagina di avere una molla con lunghezza Siniziale e di allungarla fino a quando raggiunge una lunghezza Sfinale.

Sfinale – Siniziale = elongazione

Invece, se la molla piuttosto che essere allungata viene compressa, la lunghezza Sfinale è minore della Siniziale. L’elongazione si verifica ugualmente, ma in questo caso è negativa.

Legge di Hooke

Essa è quella formula attraverso cui è possibile calcolare la forza elastica.

F = -kx

k -> costante elastica, si misura in Newton al metro (N/m)
x -> variazione di lunghezza, si misura in metri (m)
Il segno “-” -> la forza elastica si oppone all’allungamento

enunciato della legge = la forza elastica è direttamente proporzionale alla deformazione e di verso opposto alla forza esterna che ha provocato questa deformazione.

La legge del parallelogramma

Nella regola del parallelogramma, i due vettori da sommare devono essere sistemati in modo tale che abbiano la stessa origine. Si costruisce poi il parallelogramma che ha per i lati i due vettori e gli altri due lati creati dalle parallele ai lati noti.
La diagonale del parallelogramma costituirà il vettore somma risultante.