I tre principi della dinamica

Primo principio della dinamica

Nel lontano 1687, Newton formulò i tre principi della dinamica. Per questo sono anche detti "le tre leggi di Newton", potete benissimo usare entrambi i nomi.

Iniziamo quindi subito con il primo:

Un corpo in quiete rimane fermo se la somma delle forze che agiscono su di esso è nulla o nel caso in cui non agisca alcuna forza. Se il corpo è in movimento, continuerà a muoversi di moto rettilineo uniforme.

Detto così può sembrare complicato, ma si tratta di un concetto semplicissimo: la prima parte dice che se un corpo è fermo e io non lo spingo in alcun modo, esso rimane fermo. Cioè i corpi fermi non cominciano a muoversi a caso. La seconda parte dice che se un corpo si sta muovendo e non lo spingo in alcun modo, esso continuerà a viaggiare in una traiettoria dritta a velocità costante. Cioè oggetti che si muovono non accelerano nè cambiano traiettoria a caso, ma c'è bisogno che gli si applichi una forza.

Se quindi metto un astuccio sopra al tavolo e la risultante (cioè la somma) delle forze è uguale a 0 (più avanti vedremo perché non bisogna contare la forza di gravità se è appoggiato sul tavolo), quello sta fermo. Se io prendo una navicella spaziale e la faccio viaggiare nello spazio profondo, se trascuro le forza di gravità dei vari pianeti (perché se siamo nello spazio profondo saranno piccolissime), quella andrà dritta per dritta senza cambiare mai velocità.

Ok, abbiamo visto che il concetto di forza è importante, quindi passiamo al secondo principio della dinamica per studiarlo meglio:

Secondo principio della dinamica

Il secondo principio della dinamica afferma che:

La forza che agisce su un corpo è direttamente proporzionale alla massa del corpo e all'accelerazione, e ha stessa direzione e verso.

In pratica dice che per dare una certa accelerazione a un corpo, più è grande la sua massa, maggiore è la forza necessaria. Se infatti devi accelerare una matita, basta applicargli una piccola forza, mentre se devi accelerare una macchina, che ha molta più massa, serve una forza molto più grande.

Possiamo riscrivere il secondo principio della dinamica con la seguente famosissima formula:

F = ma

Se avete studiato cosa sono i vettori, allora scrivetela nella sua forma più completa, sennò imparate quella scritta sopra:

\overrightarrow{F} = m \overrightarrow{a}

L'unità di misura delle forze è il Newton (N), quella della massa è il kilo (kg) e quella dell'accelerazione è il metro su secondo quadro (m/\text{s}^2), quindi otteniamo una relazione che ci esprime il Newton usando solo grandezze fisiche fondamentali:

N = {\text{kg} \, \text{m}\over s^2}

Siccome l'abbiamo ottenuto da grandezze fisiche fondamentali, si dice che il Newton è una grandezza fisica derivata.

Forse vi starete ancora chiedendo perché nell'esempio dell'astuccio la somma delle forze era uguale a 0 anche se c'era la gravità. Passiamo al terzo principio della dinamica per spiegarlo:

Terzo principio della dinamica

Il terzo principio della dinamica afferma che:

Per ogni forza che un corpo A esercita su un altro corpo B, ne esiste un'altra uguale, in modulo e direzione, e contraria in verso, che B esercita su A.

E' il cosiddetto principio di azione-reazione. Se tu spingi via una matita, anche la matita spinge te con una forza opposta alla tua (quindi con stesso modulo e direzione ma verso opposto). Perché quindi la matita si muove e tu no? Per il secondo principio della dinamica! Le forze infatti sono uguali, ma tu hai una massa molto maggiore, dunque vieni accelerato pochissimo. Così poco che, per colpa dell'attrito, rimani fermo. Se tu, infatti, fossi nello spazio e lanciassi una matita, cominceresti a muoverti ad una picolissima velocità, perché non c'è l'attrito.

Quindi quando metti l'astuccio sul tavolo, l'astuccio applica la sua forza di gravità contro il tavolo, spingendo contro di esso. Per il terzo principio della dinamica, però, il tavolo risponde all'azione del tavolo con una reazione applicandogli una forza di uguale modulo e direzione ma verso l'alto. Le forze quindi si annullano a vicenda e quindi la risultante delle forze è 0.

Finiamo raccontandovi l'esempio per antonomasia del principio azione-reazione: i razzi.

Come fanno ad andare nello spazio i razzi? Dentro hanno un enorme serbatoio che contiene molto carubrante e, combustendolo, riesce a spingere moltissimo gas verso il basso. Avrete sicuramente visto in delle foto le enormi fiamme sotto ai razzi. Quindi il razzo spinge moltissimo gas verso il basso e dunque quello stesso gas, per il terzo principio della dinamica, lo spinge verso l'alto, per questo riesce a volare fino alla Luna.