Forze fondamentali

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From the course by Politecnico di Milano

Introduzione alla fisica sperimentale: meccanica, termodinamica

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Politecnico di Milano

Introduzione alla fisica sperimentale: meccanica, termodinamica

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Il corso affronta le tematiche della meccanica e della termodinamica, fornendo le nozioni che risultano utili per affrontare insegnamenti di fisica di base, a partire dalla comprensione del metodo sperimentale per poi mostrare le grandezze fondamentali e loro relazioni in tali ambiti, imparando a identificarle, distinguerle e utilizzarle. Gli argomenti affrontati relativamente alla meccanica sono, divisi per settimane: · cinematica del punto materiale ed esempi di moti · dinamica del punto materiale ed esempi di forze · lavoro, energia, urti e gravitazione universale mentre per la termodinamica si ha · cinematica e dinamica dei liquidi ideali · temperatura, gas ideali, calore, macchine termiche ed entropia All’interno di ogni settimana si trovano video relativi a lezioni, esercizi ed approfondimenti su alcuni argomenti, nonché quiz a risposta chiusa allo scopo di fornire allo studente l’opportunità di un primo feedback di auto-valutazione. Ognuna delle tematiche si chiude poi con un quiz riepilogativo per verificare l’acquisizione delle nozioni presentate.

From the lesson

Dinamica

Dopo aver studiato come descrivere il moto, ora si vuole conoscere quale ne sia la causa, così da sapere come crearlo o, più in generale, come modificarlo; i principi che descrivono la dinamica del punto materiale sono stati analiticamente formulati da Newton, e perciò la meccanica del punto è nota anche come meccanica classica o newtoniana. Il problema generale della dinamica consiste nel determinare il moto del punto materiale una volta noto il suo stato meccanico iniziale (posizione e velocità) e quali siano le forze in gioco. Dopo la presentazione e lo studio dei tre principi della dinamica, vengono presentate alcune delle forze che si incontrano nello studio della fisica, mostrandone l'ambito di applicazione e le loro caratteristiche.

Forze fondamentali4:19

Peso ed appoggio8:00

Attrito statico e dinamico11:01

Funi ed aste9:04

Forza elastica5:45

Piano inclinato (Exe)6:18

Giro della morte (Exe)6:03

Attrito statico (Exe)6:10

Attrito dinamico (Exe)7:16

Forza elastica (Exe)8:05

Meet the Instructors

Maurizio Zani
Assistant Professor
Physics Department

In natura esistono solo quattro forze fondamentali. Dovremmo chiamarle interazioni fondamentali,

in quanto il terzo principio della dinamica ci dice che le forze agiscono sempre in coppia.

Tutte le altre forze sono spiegabili a partire da queste quattro. Vediamo quali sono queste

quattro forze: la prima forza è la forza gravitazionale.

La forza gravitazionale agisce tra masse, a lunga o lunghissima distanza, ed è responsabile

della coesione del sistema solare, della coesione delle galassie, ed è sempre una forza attrattiva

tra le masse. Esistono poi due forze, o due interazioni,

che vengono chiamate interazione nucleare debole ed interazione nucleare forte.

L'interazione nucleare forte è quella che è responsabile della coesione del nucleo,

quindi la coesione dei protoni con i neutroni, o la coesione dei quark tra di loro.

La terza forza di interazione è quella nucleare debole. La forza nucleare debole è responsabile

dei decadimenti delle particelle, ed è responsabile della fusione nucleare, ad esempio.

Nucleare forte e nucleare debole sono forze a corto, cortissimo raggio: si vedono appunto

all'interno del nucleo, e quindi, nell'esperienza quotidiana, ci sfuggono.

E poi esiste una quarta forza, o interazione, che è quella elettromagnetica. La forza elettromagnetica

agisce tra cariche elettriche; può essere attrattiva, oppure repulsiva, in funzione

che le cariche elettriche abbiano stesso segno o segno opposto; ed è responsabile di tantissimi

fenomeni della vita quotidiana. Ad esempio tutte le onde elettromagnetiche, e quindi

la luce, sono spiegabili a partire dalla forza elettromagnetica. E quindi non solo la luce,

che è una parte visibile della forza elettromagnetica, ma anche le altre onde, ad esempio le onde radio

le onde di un forno a microonde, le onde dei raggi x per fare le radiografie e

via dicendo. Tutte le forze presenti in natura sono spiegabili

a partire da queste quattro forze. Ad esempio l'attrito: l'attrito è in realtà una interazione

elettromagnetica tra gli atomi delle due superfici a contatto, dei due corpi che strisciano uno

rispetto all'altro. Noi non parliamo di queste quattro forze direttamente,

ma parliamo di queste forze da un punto di vista macroscopico; da un punto di vista anche

storico: cioè di una persona che osserva il mondo attorno a sé, la natura, e cerca

di spiegarlo dando delle interpretazioni, dando delle leggi che spieghino e possano

quindi prevedere i fenomeni. Per fare questo, in genere viene utilizzato

un dinamometro. Un dinamometro è uno strumento che ci permette di misurare le forze. Dobbiamo

dare, cioè, una definizione operativa delle forze.

Questo è un esempio di dinamometro. In genere, i dinamometri sono realizzati tramite una

molla elicoidale, che si può allungare in funzione della forza che io applico ad una

sua estremità. Quindi, se io tiro verso di me, vedete che il dinamometro si allunga,

e lo posso tarare in funzione della forza che vado ad applicare. Ad esempio, se tirerò

poco o tanto si andrà ad allungare poco o tanto, quindi la definizione operativa delle

forze è proprio questa: a allungamento doppio corrisponde una forza applicata doppia, ad

un allungamento a metà equivale una forza applicata pari alla metà.

Facciamo un esempio. Prendiamo un corpo che ha un certo peso, una certa massa. Lo vado

ad attaccare al dinamometro e vado a misurare la forza agente sul dinamometro, ad esempio

qui leggo 4-5. Se metto due oggetti dello stesso peso, attacco quindi una forza pari

al doppio, vedo che l'allungamento è circa pari al doppio: leggo circa 8 o 9.

È quindi questa la definizione operativa delle forze.

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