Dinamica del punto materiale

Principio d'inerzia

cabina (10K)

Il punto materiale m rappresenta, come abbiamo visto, la schematizzazione di una cabina di funivia che si muove di moto uniforme. Come abbiamo detto, se le forze che agiscono su un corpo schematizzato come un punto materiale si equilibrano, cioè se la loro somma vettoriale è nulla, allora il corpo non varia la sua velocità. Questo è ciò che afferma Isaac Newton nei suoi Principia e costituisce la

Prima legge della dinamica o principio d'inerzia:

Axiomata sive Leges Motus Lex I: Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare. Ogni corpo mantiene il suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, fino a che qualche forza ad esso applicata non lo costringe a mutarlo.

Quando la risultante delle forze è nulla si dice che il corpo è in equilibrio meccanico. L'equilibrio può essere statico (se il corpo è fermo) o dinamico (se il corpo si muove a velocità costante), ma questa è solo una questione di punti di vista. Infatti la cabina del nostro esempio si muove di moto uniforme rispetto alla Terra, ma è immobile rispetto ai suoi passeggeri. Essere in equilibrio significa quindi essere in quiete oppure in moto rettilineo uniforme.

La velocità non è una grandezza assoluta, ma è relativa al sistema di riferimento.

treno (5K)
Un treno corre su un rettilineo a velocità costante. All'interno del treno c'è una valigia di 5 kg appoggiata sul portapacchi. Quale tipo di moto è quello della valigia? Quanto vale la risultante delle forze che agiscono sulla valigia?

Sappiamo che la valigia è bloccata, cioè non si muove rispetto al treno e che il treno è in moto rettilineo uniforme. Quindi la valigia è in quiete rispetto al treno ed in moto rettilineo uniforme rispetto ai binari. La velocità della valigia (cioè il suo stato di moto) dipende dal sistema di riferimento scelto. Il principio d'inerzia sopra enunciato dice che se la valigia è in quiete (rispetto al treno) o in moto rettilineo uniforme (rispetto alle rotaie), la forza risultante su di essa è comunque nulla.

valigia (3K)

Come sappiamo, la forza è la manifestazione di un'azione dell'ambiente esterno. La valigia è sulla Terra ed è quindi sottoposta alla forza di gravità (o peso). Considerando la valigia come un punto materiale (cioè un punto dotato di massa), possiamo, come al solito, rappresentare la forza peso con un vettore applicato al punto e diretto verticalmente verso il basso. Poiché la valigia non è libera di cadere, il vincolo del portapacchi (altro elemento dell'ambiente esterno) esercita una forza che equilibra la forza peso. La forza vincolare è rappresentata da un altro vettore applicato al punto materiale, opposto alla forza peso in modo che la risultante delle forze sia nulla.

Il fatto che il treno sia in movimento con velocità costante non influenza in nessun modo l'equilibrio della valigia. Per un passeggero del treno la valigia è immobile sul portapacchi. Per una persona che guarda il treno passare la valigia si muove di moto uniforme ed è ugualmente in equilibrio.

Il principio d'inerzia dice che la valigia rimarrà nello stesso stato finché non interviene una forza esterna non equilibrata. Se un corpo è in quiete rimarrà in quiete. Se un corpo è in moto continuerà a muoversi con la stessa velocità in intensità, direzione e verso.


Copyleft Ludovica Battista