La cinematica descrive come si muovono i corpi; la dinamica si chiede perché. La risposta è nelle forze: ogni volta che un corpo accelera, cambia direzione o si deforma, c’è una forza responsabile. Prima di studiare come le forze producono il moto, conviene però metterle in ordine. Tutte le forze che incontreremo in meccanica si lasciano raggruppare in due grandi famiglie, a seconda del modo in cui agiscono: quelle che richiedono un contatto fisico tra i corpi e quelle che agiscono anche a distanza, attraverso lo spazio vuoto.
Principio — Forze a distanza e forze di contatto
Forze a distanza — agiscono senza che i corpi si tocchino:
- Forza peso (gravitazionale)
- Forza elettrostatica
- Forza magnetica
Forze di contatto — richiedono il contatto fisico tra i corpi:
- Reazione vincolare (forza normale)
- Tensione della fune
- Forza elastica (molla)
- Forza di attrito
- Spinta di Archimede
Le forze a distanza sono quelle che ci appaiono più misteriose: la Terra attira la Luna, una calamita respinge un’altra calamita, due cariche elettriche si spingono, senza che nulla di visibile le colleghi. Sono mediate da un campo (gravitazionale, elettrico, magnetico) che riempie lo spazio e trasmette l’azione da un corpo all’altro. Le forze di contatto, invece, entrano in gioco solo quando due superfici si toccano, una fune è tesa o una molla è compressa: sono le forze dell’esperienza quotidiana, quelle che sentiamo quando spingiamo, tiriamo o appoggiamo un oggetto.
La mappa seguente raccoglie le due famiglie e anticipa una distinzione ulteriore, che riprenderemo più avanti: alcune di queste forze immagazzinano energia e altre no.
Classificazione delle forze. Le forze racchiuse nel contorno tratteggiato dorato (peso, elastica, elettrostatica) ammettono un’energia potenziale associata.
Note
A livello fondamentale, tutte le forze di contatto sono di natura elettromagnetica: quando spingi un tavolo, sono gli elettroni delle tue dita che respingono gli elettroni del tavolo. La distinzione tra “contatto” e “distanza” è quindi macroscopica e pratica, non fondamentale. Le uniche forze veramente a distanza sono la gravità e le forze elettromagnetiche.
Collegamenti
Argomenti: Dinamica Concetti: Forza peso · Forza normale · Tensione · Forza elastica e legge di Hooke · Attrito statico
Esercizi collegati: Esercizio svolto — due scatole con molla e puleggia · Problema — Molla con due masse appese · Molla su piano inclinato