Le forze e l’equilibrio

C. Urtato

PROVIAMO E RIPROVIAMO

Le forze e l’equilibrio

• Quando tutte le forze che agiscono su un corpo si annullano reciprocamente, il corpo è in equilibrio.

• Esistono tre tipi di equilibrio:• Stabile, condizione in cui un corpo, spostato leggermente e pio rilasciato,

ritorna alla posizione di partenza;• Instabile, condizione in cui un corpo tende ad allontanarsi dalla sua

posizione originale;• Indifferente, condizione in cui un corpo, spostato, permane stabilmente

nella nuova posizione.• La parte della fisica che studia l’equilibrio dei corpi è la statica

a)Equilibrio stabile; b)equilibrio instabile; c) equilibrio indifferente

Equilibrio e baricentro

• Per studiare l’equilibrio di un corpo occorre conoscere non solo il suo peso, ma anche il suo punto di applicazione.

• Il baricentro è il punto in cui possiamo pensare che sia concentrata tutta la forza peso di un corpo

I vettori più piccoli rappresentano la forza di gravità che agisce su ciascuna particella del corpo.Il vettore più grande è la risultante di tutte queste forze.(Forza peso)Il punto B è il baricentro, cioè il punto di applicazione della forza peso

Un corpo rigido è in equilibrio quando la forza perso applicata al baricentro e la reazione vincolare hanno intensità uguali

La posizione del baricentro varia da corpo a corpo e a volte può anche non far parte del corpo

Corpi rigidi, omogenei e dotati di un centro di simmetria.Il baricentro coincide col centro di simmetria; per un oggetto triangolare coincide col punto d’incontro delle mediane, per i rettangoli col punto d’incontro delle diagonali e così via..

Corpi rigidi non omogeneiSe il peso non è distribuito in modo regolare o il corpo è fatto di materiali diversi, il baricentro risulta spostato verso la parte più pesante del corpo. In questo caso è spostato verso il manico

Corpi caviIl baricentro non fa parte del corpo. Il baricentro di una scatola di scarpe è il punto d’incontro delle diagonali del parallelepipedo che si trova in un punto interno alla scatola; il baricentro di una palla coincide col centro della sfera ecc..

L’equilibrio dei corpi appoggiati• Un corpo appoggiato è in equilibrio quando la verticale passante per il baricentro cade

all’interno del poligono di appoggio

Un corpo appoggiato è: in equilibrio stabile quando la sua base d’appoggio è ampia;in equilibrio instabile quando la sua base d’appoggio è molto ridotta;in equilibrio indifferente quando, qualsiasi posizione assuma, la verticale passante per il baricentro cade sempre dentro la base d’appoggio.

Il poligono d’appoggio della sedia è delimitato dai punti di contatto col pavimento, quello della valigia è formato da tutta la superficie appoggiata. Divaricando le gambe, aumenta la superficie del poligono d’appoggio

L’equilibrio dei corpi sospesi

• Un corpo sospeso è in equilibrio quando la verticale passante per il baricentro passa per il punto di sospensione

Il baricentro è al di sotto del punto di sospensione.

L’equilibrio è stabile perché se si allontana il corpo dalla sua posizione di equilibrio, l’azione del peso lo farà ritornare nella condizione precedente.

Il baricentro è al di sopra del punto di sospensione.

L’equilibrio è instabile perché l’azione del peso farà ruotare il corpo fino a portare il baricentro al di sotto del punto di sospensione.

Il baricentro coincide col punto di sospensione.

L’equilibrio è indifferente in quanto , poiché la forza peso e la reazione vincolare sono uguali e applicate nello stesso punto, qualsiasi posizione del corpo determina equilibrio.

Le LeveLa leva è una macchina semplice costituita da un’asta girevole attorno al fulcro (F) sulla quale agiscono due forze:a)la forza motrice o potenza (P)b)La forza resistente o resistenza (R)Le distanze di queste due forze dal Fulcro vengono dette rispettivamente braccio della potenza e braccio della resistenza.

Una leva è in equilibrio quando il prodotto della potenza per il suo braccio è uguale al prodottodella resistenza per il suo braccio:

P x bp = R x brLa potenza e il suo braccio sono grandezze inversamente proporzionali . Ciò vuol dire che sela potenza raddoppia, triplica ecc, il suo braccio diventa rispettivamente la metà, un terzo, ecc.La stessa cosa vale per la resistenza e il suo braccio

Leve vantaggiose, svantaggiose, indifferenti

Una leva è vantaggiosa quando bp > br; in questo caso la leva permette di sollevare un corpo esercitando una forza inferiore alla sua forza peso (P<R)

Una leva è svantaggiosa quando bp<br; in questo caso per sollevare un corpo bisogna esercitare una forza superiore alla sua forza peso (P>R)

Una leva è indifferente quando bp=br;In questo caso per sollevare un corpo occorre esercitare una forza uguale alla sua forza peso (P=R)

Tipi di leveUna leva è di 1° genere quando il fulcro si trova tra la potenza e la resistenza. Esempi: le forbici, la bilancia a due bracci, l’altalena, la stadera…Una leva di primo genere può essere vantaggiosa, svantaggiosa, indifferente

Una leva è di 2° genere quando la resistenza si trova fra il fulcro e la potenza. Esempi: lo schiaccianoci, il remo, la carriola. Una leva di secondo genere è sempre vantaggiosa

Una leva è di 3° genere quando la potenza si trova tra il fulcro e la resistenza. Esempi, le pinzette , la canna da pesca, le pinze per il ghiaccio. Una leva di terzo genere è sempre svantaggiosa

Il principio di ArchimedeUn corpo immerso in un liquido riceve una spinta verticale dal basso verso l’alto pari al peso del volume del liquido spostato. Questa forza, detta spinta idrostatica, non si verifica solo nell’acqua, ma in tutti i fluidi, aria compresa.Determiniamo il peso di un sasso appeso ad un dinamometro prima nell’aria, poi immergendolo in un recipiente colmo d’acqua.In queste condizioni il valore indicato dal dinamometro sarà minore e parte dell’acqua uscirà dal recipiente. Raccogliendo il volume di acqua traboccato, corrispondente al volume del sasso e calcolandone il peso, il valore trovato corrisponderà esattamente alla differenza di peso tra le due misurazioni.

L’intensità della forza idrostatica dipende da due quantità:• Il volume della parte del corpo immersa nell’acqua:• La densità del liquido in cui il corpo è immersoPertanto la spinta di Archimede si calcola moltiplicando il peso specifico del liquido(ps)per il volume del corpo immerso SA = ps x Vc

Una conseguenza importante è che più un liquido è denso, più è facile galleggiarvi.Quando ps (corpo) > ps (liquido, Fp (corpo) > SA e il corpo affondaQuando ps (corpo) < ps (liquido, Fp (corpo) < SA e il corpo galleggiaQuando ps (corpo) = ps (liquido, Fp (corpo) = SA e il corpo resta sospeso in equilibrio

Verifica1)Cancella i termini sbagliati:Un corpo appoggiato su un piano orizzontale/verticale è in equilibrio solo se la verticale passante Per il baricentro cade all’interno/all’esterno della base d’appoggio

2) Metti accanto ad ogni definizione il simbolo che indica a che genere appartiene la leva1° G 2° G 3° G……… fulcro a un’estremità dell’asta, potenza all’altra estremità, resistenza in un punto

intermedio……… fulcro a un’estremità dell’asta, resistenza all’altra estremità, potenza in un punto

intermedio………. fulcro al centro, resistenza e potenza alle due estremità

3)Solo uno dei termini è corretto. Scegli quello giusto e usalo per completare l’affermazioneVicolo- vincolare- vincolo Tutto ciò che mantiene in equilibrio un corpo si chiama…..Uguale- maggiore- minore Una leva è svantaggiosa quando ilbraccio della potenza è …………….. del braccio della resistenzaTalete- Euclide- Archimede Il primo a scoprire perché i corpi galleggiano fu……….

4) Inserisci al posto giusto i seguenti termini: affonda- sta a galla- è in equilibrio indifferente

Il peso del corpo è uguale alla spinta di Archimede

Il peso del corpo è minore della spinta di Archimede

Il peso del corpo è maggiore della spinta di Archimede

Collega con una freccia ciascun termine con la rispettiva definizione

A)Leva 1) Distanza tra fulcro e forza motriceB)Baricentro 2)stato di un corpo che, spostato, non ritorna più nella posizione inizialeC)Forza 3)Macchina semplice costituita da un’asta girevole attorno a un puntoD)Equilibrio indifferente 4)causa che determina l’accelerazione di un corpo di massa mE)Braccio di potenza 5)punto di applicazione della forza di gravitàF) Resistenza 6) forza che si oppone alla potenza

6)Aggiungi sotto ogni figura i seguenti termini : equilibrio stabile- equilibrio instabile – equilibrio Indifferente

7)Sottolinea la formula esatta esatta:La spinta di Archimede si calcola:a) SA = ps x Vc

b) SA = ps / Vc

c) SA = Vc /ps

Controlla le tue risposte e assegna 1 punto ad ogni risposta esatta1)Un corpo appoggiato su un piano orizzontale è in equilibrio solo se la verticale passante per il baricentro cade all’interno della base d’appoggio2) 2° G : fulcro a un’estremità dell’asta, potenza all’altra estremità, resistenza in un punto intermedio 3° G: fulcro a un’estremità dell’asta, resistenza all’altra estremità, potenza in un punto intermedio 1° G :fulcro al centro, resistenza e potenza alle due estremità 3)Tutto ciò che mantiene in equilibrio un corpo si chiama vincolo Una leva è svantaggiosa quando il braccio della potenza è minore del braccio della resistenza Il primo a scoprire perché i corpi galleggiano fu Archimede4) Il peso del corpo è uguale alla spinta di Archimede è in equilibrio indifferente Il peso del corpo è minore della spinta di Archimede sta a galla Il peso del corpo è maggiore della spinta di Archimede affonda5) A) Leva Definizione 3 B) Baricentro Definizione 5 C) Forza Definizione 4 D)Equilibrio indifferente Definizione 2 E)Braccio di potenza Definizione 1 F) Resistenza Definizione 66) a) stabile b) instabile c) indifferente7) SA = ps x Vc

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