Principi della dinamica: ecco quali sono

Siete interessati a studiare più a fondo quelli che sono i principi della dinamica? In questo articolo lo staff della Università Niccolò Cusano di Caltanissetta vuole fornire a tutti gli studenti che necessitano di una preparazione più approfondita in materia le specifiche riguardo le teorizzazioni di Newton in materia di forze.

Ma iniziamo dal principio e vediamo quali sono le caratteristiche della forza, in fisica. Le forze sono grandezze fisiche vettoriali modificano lo stato di stasi di un corpo trasformandolo in moto. Possiamo affermare, inoltre, che la forza non esiste in astratto ma deve essere applicata da un corpo all’altro per mezzo di una interazione.  Dunque, in fisica meccanica, la forza è causa del moto lineare.

Tutte queste considerazioni sono state messe in pratica da Newton il quale ha portato alla teorizzazione delle tre leggi della dinamica.

La dinamica (dal greco “dynamis” che significa, appunto, forza) è quella parte della meccanica che si occupa di studiare la relazione tra le forze e gli effetti che esse causano su un corpo.

Newton e la forza: tutto quello che occorre sapere

Come accennato, il più grande contributo a questo aspetto della fisica arrivò proprio da Isaac Newton (1642 – 1727) nell’opera Philosophiae Naturalis Principia Mathematica pubblicata nel 1687.

Il Principia Mathematica

Nessuno prima di Newton aveva saputo trattare questa problematica in maniera altrettanto scientifica e puntuale, tanto che le teorizzazioni dello scienziato inglese rimangono valide tutt’oggi e il suo testo continua ad essere considerato un classico della meccanica.

Si può inoltre affermare che la pubblicazione del Principia Mathematica rappresenta l’inizio delle teorizzazioni della fisica moderna in quanto per la prima volta la scienza della meccanica viene  trattata in modo sistematico e geometrico-matematico.

L’opera di Newton, nel dettaglio, è divisa in tre libri: i primi due riguardano la matematica, applicata ai moti dei corpi del vuoto e nei mezzi resistenti come l’aria o l’acqua. Nel terzo libro si applica la forza alla cosmologia portando avanti l’idea che i pianeti si muovono nello spazio vuoto, attratti verso il Sole da una forza inversamente proporzionale al quadrato della distanza.

Le leggi di Newton

Nell’opera Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (previsamente nel primo libro) vengono enunciate quelle che sono considerate tutt’ora le leggi della dinamica:

• Il principio di inerzia o primo principio della dinamica:
• Il principio di proporzionalità o secondo principio della dinamica:
• Il principio di azione-reazione o terzo principio della dinamica:

Vediamo nel dettaglio queste teorizzazioni di Newton…

Primo principio della dinamica

Il primo principio enunciato nel Principia Mathematica afferma che se su un corpo non agiscono forze o agisce un sistema di forze in equilibrio, il corpo persevera nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme.

Per “sistema di forze in equilibrio” si intende un insieme di forze, grandezze vettoriali, la cui somma vettoriale sia nulla.

Questo enunciato non richiede alcuna formula matematica ma, più che altro, una spiegazione concettuale relativa al principio di inerzia.

Secondo principio della dinamica

Poi, la legge fondamentale della dinamica è la seguente: se su un corpo agisce una forza o un sistema di forze, la forza risultante applicata al corpo possiede direzione e verso della sua accelerazione e, in modulo, è direttamente proporzionale al modulo la sua accelerazione.

La costante di proporzionalità tra queste due grandezze è la massa (detta appunto inerziale), grandezza specifica di ciascun corpo.

Per enunciare questa legge occorre applicare la formula:

F-> =m x a->

dove F->  è la risultante delle forze agenti sul corpo, m la massa dello stesso, e a->  l’accelerazione cui è soggetto (il prodotto è quello tra uno scalare e un vettore).

Terzo principio della dinamica

Infine, il principio di azione e reazione teorizza che se due corpi interagiscono tra loro, si sviluppano due forze, dette comunemente azione e reazione: come grandezze vettoriali sono uguali in modulo e direzione, ma opposte in verso.

La formula (o, nello specifico, l’equazione vettoriale) è la seguente:

F->AB = – F-> BA

Dove con F-> AB si intende la forza che il corpo A esercita sul corpo B, mentre con F->BA la forza che il corpo B esercita su quello A, in quanto ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria.

Avete altre domande in merito? Aspettiamo le vostre considerazioni nei commenti.