📐 FORMULE PRINCIPALI — Colpo d'occhio
La forza è la causa fisica capace di modificare lo stato di quiete o di moto di un corpo oppure modificarne la forma. Si misura in Newton (N).
Agiscono quando due corpi si toccano fisicamente. Esempi: forza muscolare, attrito, forza dell'acqua sulle pale di un mulino.
Agiscono senza contatto tra i corpi. Esempi: forza magnetica, forza elettrica, forza gravitazionale.
Una forza è una grandezza vettoriale: per descriverla completamente servono intensità, direzione, verso e punto di applicazione. Si rappresenta con una freccia (vettore).
La massa (m) è la quantità di materia: è costante ovunque e si misura in kg.
Il peso (P) è la forza gravitazionale che la Terra esercita sul corpo: P = m × g. Varia da pianeta a pianeta. Si misura in Newton.
Seconda legge del moto — Legge fondamentale
F = m × aF = forza (N) · m = massa (kg) · a = accelerazione (m/s²)
🎯 La composizione delle forze (Risultante)
R = F₁ + F₂
Esempio: due persone spingono la stessa auto nello stesso verso → 200 N + 250 N = 450 N
R = F₁ − F₂ (con F₁ > F₂)
Esempio: tiro alla fune 240 N vs 180 N → R = 60 N verso la forza maggiore
✏️ Autoverifica — Le Forze
- Che differenza c'è tra forze di contatto e forze a distanza? Fai un esempio per ciascuna.
- Spiega perché una persona che tiene fermo un masso non compie lavoro fisico ma il masso non cade.
- Due forze di 30 N e 40 N agiscono perpendicolarmente sullo stesso punto. Calcola la risultante.
- Il peso di un oggetto è 50 N sulla Terra. Quanto pesa sulla Luna? (g luna ≈ 1,6 m/s²)
- Quali sono le quattro caratteristiche di un vettore forza?
🔵 1ª Legge del moto — Principio d'inerzia
Un corpo tende a conservare il proprio stato di quiete o di moto rettilineo uniforme fino a quando su di esso non interviene una forza esterna.
🚲 La bicicletta si ferma senza pedalare → l'attrito è la forza esterna che cambia il moto.
🛸 Il Voyager 1 viaggia nello spazio senza motori a 61 200 km/h → nessuna forza esterna → moto rettilineo uniforme.
🟡 2ª Legge del moto — Legge fondamentale
Un corpo su cui agisce una forza si muove nella stessa direzione e verso della forza, con accelerazione direttamente proporzionale alla forza e inversamente proporzionale alla massa: a = F / m
🔴 3ª Legge del moto — Azione e Reazione
Quando un corpo A esercita una forza su un corpo B (azione), B esercita su A una forza uguale in intensità e direzione ma di verso opposto (reazione): F⃗ₐᵦ = −F⃗ᵦₐ
🚣 Il remo spinge l'acqua indietro (azione) → l'acqua spinge la barca in avanti (reazione).
👟 Il piede preme il suolo (azione) → il suolo spinge il piede in avanti (reazione) → camminiamo.
🌀 I tipi di attrito
✏️ Autoverifica — Dinamica
- Perché la sonda Voyager 1 continua a muoversi nello spazio senza combustibile?
- Cosa succede all'accelerazione se la forza applicata raddoppia (a massa costante)?
- Un corpo di massa 4 kg subisce una forza di 20 N. Qual è la sua accelerazione?
- Spiega con le parole il principio di azione e reazione usando l'esempio del nuoto.
- Qual è la differenza tra attrito radente e attrito volvente?
Un corpo è in equilibrio quando la risultante di tutte le forze che agiscono su di esso è nulla (R = 0). La parte della scienza che studia i corpi in equilibrio è la statica.
Il baricentro è il punto in cui possiamo immaginare concentrata tutta la forza peso del corpo. È anche detto centro di gravità. Nei corpi omogenei coincide con il centro geometrico.
🏺 I tre tipi di equilibrio
📐 Regola dell'equilibrio per corpi appoggiati
Un corpo appoggiato su un piano è in equilibrio quando la verticale passante per il suo baricentro rimane all'interno del perimetro della base d'appoggio.
Esempio celebre: la Torre di Pisa è inclinata di 3,9° ma non cade perché la verticale del baricentro è ancora dentro la base!
Il baricentro del corpo umano cambia posizione con la postura! In piedi, si trova circa all'altezza dell'ombelico. Alzando le braccia, si sposta verso l'alto. In certe posizioni acrobatiche può trovarsi fuori dal corpo.
✏️ Autoverifica — Equilibrio
- Perché una bottiglia piena è più stabile di una bottiglia vuota?
- Cosa succede alla stabilità di un corpo se allarghiamo la base d'appoggio?
- Spiega perché quando ci pieghiamo in avanti spostiamo automaticamente i piedi.
- In quale tipo di equilibrio si trova una pallina in fondo a una ciotola?
- Qual è la differenza tra equilibrio stabile e indifferente?
Una leva è un'asta rigida che ruota attorno a un punto fisso detto fulcro (F). Su di essa agiscono due forze: la potenza (P) — forza che si applica — e la resistenza (R) — forza da vincere.
Legge dell'equilibrio della leva
P × bₚ = R × bᵣbₚ = braccio della potenza (distanza P-fulcro) · bᵣ = braccio della resistenza (distanza R-fulcro)
🔩 I tre generi di leva
| Tipo | Posizione fulcro | Tipo | Esempi |
|---|---|---|---|
| 1° genere | Tra P e R | Ind./Vant./Svant. | Forbici, bilancia, altalena |
| 2° genere | R tra F e P | Sempre vantaggiosa | Schiaccianoci, carriola, remo |
| 3° genere | P tra F e R | Sempre svantaggiosa | Pinzetta, badile, avambraccio |
⚖️ Leve indifferenti, vantaggiose, svantaggiose
L'avambraccio umano è una leva di 3° genere sempre svantaggiosa: il muscolo bicipite si inserisce vicino al gomito (fulcro), quindi bisogna esercitare una forza muscolare molto maggiore del peso che si regge in mano. Il vantaggio è la velocità e l'ampiezza del movimento.
✏️ Autoverifica — Le Leve
- Alex (50 kg) siede a 2 m dal fulcro sull'altalena. Eddie (45 kg) vuole stare in equilibrio: a che distanza deve sedersi?
- Perché le leve di 2° genere sono sempre vantaggiose?
- Il badile che usi per spalare la neve è una leva di quale genere? Perché?
- Qual è la differenza pratica tra potenza e resistenza in una leva?
- Perché le forbici sono una leva di 1° genere?
La pressione è il rapporto tra la forza applicata (F) e la superficie (S) su cui agisce: p = F / S. Si misura in Pascal (Pa): 1 Pa = 1 N / 1 m².
Una persona con tacco a spillo e una con scarpa piatta hanno lo stesso peso, ma il tacco concentra tutta la forza su una superficie minima → pressione enorme! Con le racchette da neve invece la stessa forza si distribuisce su una superficie grande → pressione minima.
🌊 Pressione nei fluidi
La pressione di un liquido aumenta con la profondità. La legge di Stevin dice: pᵢ = d × g × h (densità × gravità × profondità). A 10 m sott'acqua la pressione è doppia rispetto alla superficie.
L'aria ha peso e quindi esercita pressione su tutto ciò che è immerso in essa. Diminuisce con l'altitudine: in montagna si respira più fatica perché c'è meno aria sopra di noi.
La pressione esercitata su un punto qualunque di un fluido si trasmette con la stessa intensità in tutte le direzioni. Su questo si basa il funzionamento dei freni idraulici.
In un sistema di vasi comunicanti, un liquido si porta alla stessa altezza in tutti i vasi, indipendentemente dalla forma. Conseguenza diretta della legge di Stevin.
🏊 Principio di Archimede
Un corpo immerso in un liquido riceve da questo una spinta verso l'alto (spinta idrostatica) uguale al peso del liquido spostato.
✅ Se il peso del corpo < spinta di Archimede → il corpo galleggia
❌ Se il peso del corpo > spinta di Archimede → il corpo affonda
Il galleggiamento dipende dal rapporto tra le densità, non dal peso assoluto.
L'acciaio è molto più denso dell'acqua, ma la nave è cava: contiene molta aria. La densità media della nave (acciaio + aria) è minore di quella dell'acqua → galleggia. Un sottomarino regola la sua densità media pompando acqua o aria nei serbatoi.
✏️ Autoverifica — Pressione e Fluidi
- Una forza di 60 N agisce su una superficie di 0,3 m². Qual è la pressione?
- Perché a grandi profondità marine gli animali devono avere corpi molto resistenti?
- Spiega con parole tue perché l'olio galleggia sull'acqua.
- Un oggetto di 5 kg in acqua sembra pesare 3 kg. Qual è la spinta di Archimede?
- Come funziona il principio di Pascal nei freni idraulici?
🗺️ Mappa Concettuale — Le Forze e l'Equilibrio
Contatto / Distanza
Vettori
Risultante
F = m × a
1ª legge: inerzia
2ª legge: F = ma
3ª legge: azione-reazione
R = 0
Baricentro
Stabile/Instabile/Indiff.
P × bₚ = R × bᵣ
1°, 2°, 3° genere
Vant./Svant./Iniff.
p = F/S (Pascal)
Stevin, Pascal
Archimede
Press. idrostatica
Vasi comunicanti
Galleggiamento
F = m × a | P = m × g | p = F/S | pᵢ = d × g × h | P × bₚ = R × bᵣ | R (forze perp.) = √(F₁² + F₂²)