Come calcolare la forza media

Di Redazione Studenti.

La forza media in fisica: definizione e le formule da applicare per il calcolo. La formula dell'impulso e un esercizio spiegato passo per passo

Come calcolare la forza media: introduzione

Come calcolare la forza media
Come calcolare la forza media — Fonte: getty-images

La forza, indipendentemente dalla sua natura, generalmente è la causa dell'accelerazione di un corpo. In fisica, in particolare, essa è definita come un vettore, cioè una grandezza dotata di precise intensità, direzione e verso.

Nonostante possa sembrare qualcosa che non si può calcolare, ci sono misure precise che la determinano; si parla spesso della forza media, appunto il valore medio tra quelli contingenti.

Continuate a leggere gli utili suggerimenti contenuti in questa interessante guida per scoprire come calcolare la forza media.

Occorrente: esercizi da svolgere sulla forza media.

Stabilire una forza media

Considerata una qualunque forza a cui attribuiremo la lettera F, di intensità variabile, è sempre possibile definire una forza media (Fm) che abbia la stessa direzione e verso di F, e che agisca per lo stesso intervallo di tempo ∆t; essa è tale che il prodotto Fm ∆t (la sua intensità per l'intervallo di tempo considerato), per semplicità grafica sia uguale all'area che si trova sotto la curva della forza variabile, ovvero uguale all'impulso di F.

Vediamo nello specifico come calcolare la forza media desiderata. Si può partire dalla seguente definizione dell'impulso di una forza: l'impulso I di una forza (che agisce sempre per un certo intervallo di tempo detto ∆t) è in realtà il vettore dato dal prodotto tra Fm e l'intervallo di tempo stesso.

Se I = Fm ∆t, allora è facilmente deducibile che la forza media scaturisce dal rapporto tra impulso e intervallo di tempo.

Utilizzare la formula dell'impulso

La formula risulta quindi essere intuitivamente Fm = I/∆t. Inoltre, tenendo in considerazione il teorema impulso - quantità di moto, l'impulso Fm ∆t di una forza che agisce su un corpo, per lo stesso intervallo di tempo ∆t, è uguale alla variazione ∆Q della quantità di moto del corpo, sempre in quello stesso intervallo di tempo (Fm ∆t = t = ∆Q dove ∆Q =m ∆v, quindi Fm ∆t = m ∆v).

Adesso affinché l'argomento risulti più chiaro facciamo un esempio. Ipotizziamo che una persona stia guidando un'automobile; il soggetto perde il controllo e finisce per scontrarsi con un cartellone pubblicitario, mentre il mezzo viaggia ad una velocità V uguale a 40m/s. L'autista non ha le cinture allacciate perciò la sua testa urta contro il parabrezza, e per fermarsi contro di essa impiega un tempo t uguale a 0,02 s. Sapendo che la massa m della sua testa è uguale a 5,40 kg, andiamo a calcolare la forza media che il parabrezza effettua sulla stessa testa. In questo tipo di problema possiamo utilizzare la formula del teorema dell'impulso cioè: Fm ∆t = m ∆v.

Dedurre la variazione della quantità di moto

Il secondo membro di quest'equazione (m ∆v) è in questo caso la variazione della quantità di moto (∆Q); essa è data dal prodotto tra la massa del corpo (la testa) e la variazione della sua velocità: questa velocità all'inizio è uguale a quella della macchina, ma alla fine risulta uguale a zero in quanto l'impatto ha bloccato l'auto, facendola fermare e riducendo la velocità fino a zero.

In conclusione, si avrà Fm = m ∆v / ∆t cioè Fm = 5,40 x 40 / 0,02, ottenendo che Fm= 216 / 0,02 = 10800 N (la N indica i Newton, si tratta dell'unità di misurazione della Forza e la utilizzeremo in ogni esercizio).

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