Spiegazione dei 2 principi fondamentali della dinamica: Il primo principio della dinamica (o principio d'inerzia) - Il secondo principio della dinamica (o legge fondamentale della dinamica)

Dinamica

Argomenti trattati:
- Il primo principio della dinamica (o principio d’inerzia) - Il secondo principio della dinamica (o legge fondamentale della dinamica) - Il terzo principio della dinamica (o legge di azione e reazione) - Precisazioni sulla massa - Forze e Movimento - Pendolo - Esercizi di Dinamica

Abbiamo visto nella sezione dedicata alla statica che un punto materiale è in equilibrio se il risultante delle forze agenti su di esso è nullo.
Cosa accade invece se una forza agisce senza essere controbilanciata?
Tre secoli fa Galileo e Newton si occuparono del problema di stabilire le cause del moto e trovarono delle leggi ( che furono formulate senza essere dimostrate, costituendo così dei principi), che sono ancor oggi valide per oggetti macroscopici che si muovono lentamente rispetto alla luce (la velocità della luce è di 300'000 km/s).

Il primo principio della dinamica (o principio d’inerzia)

Come già visto nella sezione di statica, l’indizio che un corpo per restare in moto debba essere spinto continuamente (come fa un motore per un’automobile) è falso, poiché, in assenza di attriti, se il corpo si muove e nessuna forza interviene, il corpo continuerà a muoversi con la stessa velocità.
Il principio d’inerzia si può enunciare dicendo che:
“un corpo rimane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme finché non interviene una forza esterna ad alternarne lo stato.”
L’inerzia consiste proprio nel fatto che tutti gli oggetti tendono naturalmente a muoversi e oppongono una certa resistenza ad eventuali cambiamenti. Galileo nel “Dialogo sopra i Massimi Sistemi” scriveva che un corpo al quale “non fusse dato impeto verso qualche parte, seguirebbe il muoversi verso quella parte”, precisando che ciò avviene “in assenza di tutti gli impedimenti esterni e accidentosi” e aggiungendo “non si meravigli taluno se rimanga deluso dall’esperienza”.
Perché, secondo il principio d’inerzia, se un’automobile frena bruscamente i passeggeri vengono spinti verso avanti? Perché i passeggeri continuerebbero per inerzia ad andare alla velocità che avevano prima della frenata!
Il principio d’inerzia è valido solo in sistemi di riferimento in cui non si manifestano accelerazioni (ad esempio nel sistema di riferimento di una giostra, si manifesta una accelerazione centrifuga, quindi un oggettto che ad un certo punto si muova di moto rettilineo uniforme rispetto alla giostra, descriverà poi una complessa traiettoria rispetto ad un osservatore posto sulla giostra). Detto per inciso le accelerazioni che si manifestano in sistemi di riferimento non inerziali non corrispondono a forze reali, ma a forze apparenti.
E’ importante allora specificare il principio di relatività di Galileo secondo cui le leggi fisiche sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento che si muovono l’uno rispetto all’altro di moto rettilineo uniforme.

Il secondo principio della dinamica (o legge fondamentale della dinamica)

L’effetto di una forza è quello di accelerare il corpo cui è applicata nella sua stessa direzione. Il corpo reagisce diversamente a seconda che sia più o meno massivo: un corpo di massa maggiore verrà accelerato di meno.
La legge fondamentale della dinamica afferma proprio che l’accelerazione

di un punto materiale di massa m soggetto ad una forza

è proporzionale alla forza stessa, essendo la costante di proporzionalità pari alla massa m del corpo:

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