Esempi sulle forze apparenti
Esempi sull'applicazione delle forze apparenti
Un dinamometro che segna il peso di un corpo è posto appeso in un ascensore in movimento.
Esaminare i tre casi in cui:
1) l'ascensore si muove a velocità costante;
2) l'ascensore accelera andando verso l'alto;
3) l'ascensore accelera andando verso il basso.
Stabilire come varia il peso del corpo nei tre casi.
Svolgimento
1) Se l'ascensore si sta muovendo con velocità costante allora esso rappresenta un sistema di riferimento inerziale, non compariranno dunque in esso forze apparenti, il peso segnato dal dinamometro sarà pari a:
P = m ∙ g
2) Se l'ascensore invece sta salendo verso l'alto accelerando, esso non sarà più un sistema di riferimento inerziale, il primo principio della dinamica non sarà più valido per un osservatore interno ad esso e dunque compariranno forze apparenti che determineranno una variazione del peso del corpo.
In particolare, per un osservatore posto in un sistema di riferimento inerziale al di fuori dell'ascensore in salita, il corpo tenderà a muoversi di velocità costante, per cui se l'ascensore accelera verso l'alto incrementando la propria velocità, il corpo all'interno dell'ascensore sarà sottoposto ad un'accelerazione uguale e contraria che appunto tenderà a riportare la velocità nel suo valore iniziale.
Dunque il peso del corpo sarà pari a:
P = m ∙ (g + a)
I vettori accelerazione g ed a sono uguali e concordi entrambi rivolti verso il basso.
3) Infine se l'ascensore scende verso il basso accelerando, l'osservatore interno posto nel sistema di riferimento non inerziale percepirà un'accelerazione pari a quella dell'ascensore però rivolta verso l'alto, dunque il suo peso risulta:
P = m ∙ (g – a)
Nel caso limite di caduta libera in cui a = g allora il peso si annulla; ciò è quello che accade dentro la stazione orbitante spaziale che è in costante caduta libera sulla Terra.
Tale condizione permette agli astronauti di sperimentare la sensazione di assenza di peso.
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