Principi della dinamica
Quali sono i principi della dinamica?
La dinamica è una branca fondamentale della meccanica che studia la causa del moto dei corpi.
Assieme alla statica ed alla cinematica dunque, la dinamica si occupa del moto dei corpi chiarendone in particolare le circostanze e le modalità per cui un corpo varia il suo stato di quiete.
Le basi concettuali della dinamica vennero esposte per la prima volta nella storia dal fisico inglese Isaac Newton nella sua opera Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.
In particolare Newton riassunse tutte le leggi che governano la causa del moto dei corpi in tre leggi detti principi della dinamica (o leggi di Newton), che spiegano il perché avviene il moto dei corpi e come lo si caratterizza.
Oggetto principale della dinamica è dunque il concetto di forza.
Primo principio della dinamica
Il primo principio della dinamica, o prima legge di Newton, è anche detto principio di inerzia.
Esso afferma che un corpo non soggetto a forze o soggetto a forze la cui risultante è nulla, permane nel suo stato di quiete o continua a muoversi di moto rettilineo uniforme.
Tale principio era già stato formulato da Galileo il quale aveva intuito che se si conferisce movimento ad un corpo esso tende a rimanere in moto all'infinito tranne nel caso in cui intervenga una forza a farne variare lo stato e riportarlo in quiete.
Tale principio non è valido per qualsiasi sistema di riferimento ma solo per sistemi di riferimento inerziali.
Un esempio del primo principio è sperimentabile quando si sta in piedi in autobus: finché l'autobus viaggia di moto rettilineo uniforme il nostro corpo non avverte nulla; quando invece l'autobus parte o frena, ovvero è soggetto ad accelerazione, il nostro corpo tende ad andare indietro o avanti ovvero tende a permanere nello stato di quiete o in quello di moto.
Pensiamo ad un astronauta libero nello spazio vuoto.
Se l'astronauta acquisisce un impulso ed una certa velocità, esso continuerà a viaggiare all'infinito se non interviene una forza.
Ecco perché gli astronauti di solito sono legati tramite fune al veicolo spaziale o sono provvisti nella tuta di piccoli getti a razzo funzionanti ad azoto sotto alta pressione.
La fuoriuscita di tali getti, regolabili tramite un joystick, aiuta a correggere la rotta nel malaugurato caso l'astronauta si dovesse dare inavvertitamente una spinta ed evita dunque di disperdersi nello spazio profondo.
Secondo principio della dinamica
Il secondo principio della dinamica noto anche come seconda legge di Newton lega la forza allo stato del moto ed in particolare afferma che la somma di tutte le forze che agiscono su un corpo è uguale al prodotto della massa per l'accelerazione del corpo:
∑F = m ∙ a
Forza ed accelerazione sono dunque due grandezze direttamente proporzionali ed il loro rapporto è costante ed è detto massa inerziale del corpo.
La massa dunque rappresenta l'inerzia, cioè la resistenza che un corpo oppone alla variazione del proprio stato di moto.
Se pensiamo ad esempio di applicare una forza di modulo F ad un carrello della spesa, esso subirà un'accelerazione a.
Se la massa del carrello aumenta e viene applicata sempre la stessa forza, allora l'accelerazione del carrello sarà certamente minore.
Se invece raddoppiamo la forza, anche l'accelerazione subita dal carrello raddoppierà.
F/a = costante = massa
Terzo principio della dinamica
Il terzo principio della dinamica o principio di azione e reazione, afferma che ad ogni reazione corrisponde una reazione uguale e contraria.
Cioè se un corpo A esercita una forza FA,B su un corpo B, quest'ultimo reagisce esercitando una forza FB,A sul corpo A.
Le due forze avranno stessa direzione e modulo ma verso opposto, esse sono quindi uguali e contrarie.
La conclusione principale di questo principio è che le forze non possono mai essere prese in considerazione come isolate, bensì agiscono sempre in coppia: l'interazione tra due corpi dunque è sempre mutuale.
Pensiamo ad un missile lanciato verso lo spazio.
La forza di propulsione del motore è diretta verso il basso l'effetto finale è quello di vincere la forza peso e permettere al razzo di innalzarsi:
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