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Liceo Scientifico “G. Salvemini”Corso di preparazione per i test di ammissione universitari
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Liceo Scientifico “G. Salvemini”Corso di preparazione per i test di ammissione universitari
FISICA - LEZIONE 4STATICA - DINAMICA
Relatoreprof. re CATELLO INGENITO
Liceo Scientifico “G. Salvemini”Corso di preparazione per i test di ammissione universitari
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Sommario della lezione
Principi della DINAMICA
Momento di una forza ed equilibrio
Lavoro ed Energia
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Il primo principio della Dinamica
Il PRIMO PRINCIPIO DELLA DINAMICA afferma cheun corpo conserva il suo stato di INERZIA se la
RISULTANTE DELLA FORZE APPLICATE AD ESSO E’ NULLA
Sistema di forzeequilibrato
INERZIAquiete
v
moto rettilineo uniforme 0
a
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Il secondo principio della Dinamica
Il SECONDO PRINCIPIO DELLA DINAMICA afferma che se la RISULTANTE DELLA FORZE APPLICATE AD UN CORPO NON E’ NULLA ..
totF
a
il corpo presenta una ACCELERAZIONE proporzionale alla FORZA:
amF
L’unità di misura della FORZA è:
2)(
s
mkgNNewton Nel SISTEMA
INTERNAZIONALE (MKS): 2s
cmgdine Nel SISTEMA
CGS:
Nel SISTEMA PRATICO è una GRANDEZZA FONDAMENTALE = kgp (kilogrammo peso )
1 N = 105 dine 1 kgp = 9,8 N
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Esercizio
v0 = 100 km/h
mma
vvs 8,128
6
)8,27(0
2
220
2
v= 0
Vediamo se Kitty riesce ad evitare l’ostacolo v0 = 100 km/h / 3,6 =27,8 m/s
Se la forza frenante è di -9 N e la massa totale è di 3 kg
a = F/m = -9/3 = -3 m/s2
s = 120 m
savv 220
2
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Il terzo principio della Dinamica
F
Il 3° principio, noto anche come “principio di azione e reazione” stabilisce che se un corpo A esercita una forza F su un corpo B ...
A B
… il corpo B esercita una forza F1 su A opposta ad F
F1
Pertanto le forze si presentano sempre in coppie
Un es. è il moto dei pianeti:anche il sole subisce
l’attrazione dei pianeti !
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P
F
Momento di una forza
Data una forza F ed un punto P
Sia r il vettore che unisce P con il punto di applicazione di F
r
Si definisce MOMENTO DI F RISPETTO A P:
FxrM
M
Il modulo di M si può anche calcolare moltiplicando il
modulo di F per il braccio b
b
M = Fb Per convenzione il Momento è positivo se la rotazione è antioraria
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Equilibrio di un corpo
Un corpo (rigido) è in equilibrio se la RISULTANTE di FORZE e MOMENTI (rispetto ad un punto qualsiasi) SONO NULLE
Vediamo una LEVA di PRIMO GENERE in equilibrio
1F 2F
vF
21 FFFv
02 M
2b
01 M
1b
21 MM 2211 bFbF
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Esempio
Simulazione CISIA 2013
Il ragazzo dovrà salire sul braccio OM.Impostiamo la condizione di equilibrio:
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Legge di attrazione universale
221
r
mmGFg
r
m1m2
2
2111067,6
kg
NmG
Date 2 MASSE m1 e m2 poste a distanza r
Esse si attraggono con una forza reciproca DIRETTAMENTE PROPORZIONALE alle MASSE ed
INVERSAMENTE PROPORZIONALE AL QUADRATO DELLA DISTANZA
gF
gF
G = costante di attrazione gravitazionale
Un caso particolare:
La FORZA PESOgmp
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LAVORO MECCANICO
Una forza applicata ad un corpo compie un lavoro se
è parallela e concorde con lo spostamento sFL
è parallela e discorde con lo spostamento
sFL
LAVORO POSITIVO (MOTORE)
LAVORO NEGATIVO (RESISTENTE)
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LAVORO MECCANICO
Caso generale:
cosFssFL
F
s
Se Forza e Spostamento sono perpendicolari:
F
s
0L
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LAVORO MECCANICO
UNITA’ DI MISURA
Nel SISTEMA INTERNAZIONALE
(mks)Joule (J) = N·m
Nel SISTEMA CGS Erg = dine·cm
1 J = 107 Erg
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Esempio dai test di ammissione
Odontoiatria 2003
p L
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Esempio dai test di ammissione
Odontoiatria 2005
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POTENZA
La potenza di un sistema fisico è uguale al rapporto tra il lavoro compiuto dal
sistema e l’intervallo di tempo necessario per eseguire tale lavoro:
t
LP
UNITA’ DI MISURAs
JWWatt )(
vFt
sFP
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Esempio tratto dai test di ammissioneMedicina 2004
La forza da vincere in salita(piano inclinato) è:
100
2mg
l
hpF
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ENERGIA
L’energia è la capacità di un sistema fisico di compiere lavoro.
L’energia si trasforma continuamente
Il lavoro misura quanta energia passa da
una forma a un’altra.
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ENERGIA CINETICA
Teorema dell’energia cinetica:
Un corpo di massa m in moto con una
velocità v possiede un’energia cinetica:
2
2
1mvEc
Il lavoro è uguale alla variazione di Ec
1v
2v
21
2212 2
1
2
1mvmvEEL cc
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ENERGIA POTENZIALE
Un corpo può assumere, se sottoposto all’azione di particolari FORZE, dette CONSERVATIVE, un’energia
di POSIZIONE detta energia potenziale:FORZA
CONSERVATIVA ENERGIA POTENZIALE U
FORZA PESO U = mgh
FORZA GRAVITAZIONALE
FORZA ELETTROSTATICA
FORZA ELASTICA
r
MmGU
r
QqU
41
2
2
1kxU
Il lavoro è uguale alla
variazione di U
21 UUL
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FORZE DISSIPATIVE
L’attrito è una forza DISSIPATIVA
ENERGIA CINETICA E POTENZIALE SONO DETTE ENERGIE MECCANICHE
TRASFORMA L’ENERGIA MECCANICA IN CALORE
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CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA MECCANICA
.. ma solo a forze conservative ..
Se un corpo non è sottoposto a forze d’ATTRITO:
CONSERVA LA SUA ENERGIA MECCANICA:
tEU c cos
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ESEMPIO
Calcoliamo la velocità di un corpo in caduta da una altezza assegnata (trascurando l’attrito dell’aria)
12UEc
100 mmghmv 2
2
1
ghv 2
1960v
s
mv 2,44
Se cambia il percorso ?
100 m
La velocità finale è la stessa !
Se è presente l’attrito, l’energia
meccanica persa è il lavoro dell’attrito e si trasforma in
CALORE
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Esempio tratto dai test di ammissione
Veterinaria 2011
Le palline hanno la stessa massa e partono dalla stessa altezza. La variazione dell'energia potenziale sarà la stessa e quindi,
per il principio di conservazione dell'energia meccanica, anche quella dell'energia cinetica.
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IMPULSO E QUANTITA’ DI MOTO
Se una forza agisce su un corpo per un tempo t
l’IMPULSO DELLA FORZA è:
tFI
U.M. sN La QUANTITA’ DI MOTO si definisce:
vmq
U.M. sNs
mkg
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TEROEMA DELL’IMPULSO
12 vmvmqtFI
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Esempio tratto dai test di ammissioneArchitettura 2013
NB - La quantità di moto è un vettore quindi si deve scegliere un verso positivoNell'esempio poniamo positivo il verso a destra.
La risposta considera il modulo del vettore che è sempre positivo.
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Esempio tratto dai test di ammissioneVeterinaria 2013
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PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELLA QUANTITA’ DI MOTO
Se l’IMPULSO che subisce un SISTEMA è nullo esso
si dice ISOLATO:
tqqI tottot cos00
La QUANTITA’ DI MOTO TOTALE DEL SISTEMA si conserva:
q1
q2
q3
q4
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URTI
Negli URTI si conserva sempre la QUANTITA’ DI MOTO:
'2
'12211 21
vmvmvmvm
Se l’urto è ELASTICO si conserva anche l’ENERGIA CINETICA
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Le unità di questa lezioneGRANDEZZA SI (MKS) CGS PRATICO
FORZAN (=kg·m/s2)1 N = 105 dine1 N = 9,8 kgp
dine (=g·Cm/s2)1 dine = 10-5 N
kgp(fondamentale)
MOMENTO DI UNA FORZA N·m dine ·cm kgp ·m
LAVORO - ENERGIA
J (=N·m)1J = 107 Erg
Erg (= dine ·cm)1 Erg = 10-7 J kgp ·m
POTENZA W (= J/s) Erg / s kgp ·m/s
IMPULSO E QUANTITA’ DI
MOTO
N·s = kg·m/s
dine·s = g·cm/s
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Fine lezione
Grazie per l’attenzione !