Classe terza, secondaria di secondo gradoPercorso edumaterial
Che cosa imparerai
- Separare forze sul corpo e forze esercitate dal corpo.
Prima di iniziare
- Vettori
- Accelerazione
L'idea centrale
Un diagramma di corpo libero isola un solo corpo e mostra tutte le forze esterne che agiscono su di esso. Se il blocco tocca un piano, il peso mg agisce verso il basso e la reazione normale del piano agisce perpendicolarmente alla superficie; una mano può esercitare una spinta e l'attrito può opporsi allo scorrimento o alla tendenza a scorrere. La seconda legge di Newton è vettoriale: su ogni asse scelto si sommano le componenti con segno e si pone ΣF=ma. Sul piano orizzontale, in assenza di accelerazione verticale, normale e peso si compensano in verticale; questo non dice nulla da solo sulla risultante orizzontale. Nel disegno la forza che il blocco esercita sul pavimento compare separata, perché agisce sul pavimento e non va aggiunta al diagramma del blocco. Le frecce non sono una scala: non si possono dedurre intensità dalla loro lunghezza. Su un piano inclinato conviene scegliere un asse lungo la rampa e scomporre il peso, mantenendo la sua direzione verticale reale. Accelerazione nulla significa velocità costante, che può anche non essere zero.
- Criterio
- Scegli il corpo, disegna le sole interazioni che lo toccano, fissa assi comodi, proietta le forze e applica ΣF=ma su ciascun asse.
Come procedere
- Isola il corpo richiesto e nomina ciascuna interazione esterna senza includere le forze esercitate dal corpo sugli altri.
- Fissa assi e versi, scomponi le forze oblique e somma le componenti con segno su ciascun asse.
- Applica ΣF=ma, controlla unità N/kg=m/s² e confronta il verso dell'accelerazione con la risultante.
Esempio svolto
Un blocco di 3 kg su piano orizzontale riceve 18 N verso destra e 6 N di attrito verso sinistra; non accelera verticalmente. Trova l'accelerazione e la normale con g=10 m/s².
- Sul blocco disegno spinta, attrito, peso 30 N e normale; non disegno la forza del blocco sul pavimento.
- Prendo destra positiva: ΣF_x=18−6=12 N, quindi a_x=12/3=4 m/s².
- In verticale a_y=0, perciò N−30=0 e la normale vale 30 N; unità e versi sono coerenti.
a=4 m/s² verso destra; normale 30 N.
Errore da evitare
Mettere nello stesso diagramma la forza che il corpo esercita sul pavimento oppure dedurre assenza di moto da peso e normale equilibrati.
Controllo e limiti
- Le frecce sono schematiche; la lunghezza non codifica valori misurati.
- La ripartizione tra terza e quarta è una scelta editoriale.
Prova subito
Una massa di 4 kg riceve forza risultante orizzontale 12 N: quale accelerazione?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: 3 m/s².
a=F/m=12/4, nella direzione della risultante.
Risposta: 3 m/s².
a=F/m=12/4, nella direzione della risultante.
Un libro fermo sul tavolo: peso e normale sono una coppia azione-reazione?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: No.
Agiscono entrambi sul libro; la reazione al peso gravitazionale agisce sulla Terra.
Risposta: No.
Agiscono entrambi sul libro; la reazione al peso gravitazionale agisce sulla Terra.
Se ΣF=0, il corpo deve essere fermo?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: No, può muoversi a velocità costante.
Accelerazione nulla non implica velocità nulla.
Risposta: No, può muoversi a velocità costante.
Accelerazione nulla non implica velocità nulla.
Un blocco di 2 kg è tirato orizzontalmente con 15 N verso destra; l'attrito vale 5 N verso sinistra. Calcola l'accelerazione.
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: 5 m/s² verso destra.
La risultante orizzontale è 15−5=10 N verso destra; dividendo per 2 kg ottengo 5 m/s².
Risposta: 5 m/s² verso destra.
La risultante orizzontale è 15−5=10 N verso destra; dividendo per 2 kg ottengo 5 m/s².
Un blocco di 4 kg scivola su un piano inclinato di 30° senza attrito, con g=10 m/s². Calcola la componente del peso lungo il piano e l'accelerazione.
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: 20 N lungo il piano verso il basso; 5 m/s² verso il basso.
La componente parallela è mg sin30°=4·10·1/2=20 N. La seconda legge lungo il piano dà a=20/4=5 m/s².
Risposta: 20 N lungo il piano verso il basso; 5 m/s² verso il basso.
La componente parallela è mg sin30°=4·10·1/2=20 N. La seconda legge lungo il piano dà a=20/4=5 m/s².
Allineamento curricolare e fonti
- FISICA · DM 211/2010, Allegato F, Liceo scientifico ordinario, parte 1 · DM 211/2010 · Allegato F · Liceo scientifico ordinario · obiettivi delle discipline
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Esercitarsi su questo: Forze e accelerazione: costruire un diagramma di corpo libero