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1

L’attrito

Tensione e pulegge

Molle e legge di Hooke

2

2.

1.

3.

Le 3 leggi della dinamica

Un oggetto non cambia il proprio stato (quiete o moto

rettilineo uniforme) finché su di esso non agiscono forze con risultante diversa da 0 massa del corpo .

  F

fornisce allo stesso un’accelerazione

 a

avente la sua stessa direzione ed il suo stesso verso, intensità direttamente proporzionale alla forza ed inversamente proporzionale alla

å

F

=

ma Durante l’interazione tra due corpi 1 e 2, se il corpo 1 esercita

una forza (azione) sul corpo 2, quest’ ultimo reagisce esercitando sul corpo 1 una forza (reazione) uguale in

direzione e modulo alla forza subita, ma di verso opposto.

3

Applicazioni delle leggi di Newton

il mondo reale

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L’attrito

Una cassa su una superficie “liscia” Le irregolarità della superficie sono la causa dell’attrito 5

L’attrito dinamico f

k

Tiro un oggetto con velocità costante e con il dinamometro misuro la forza F che esercito

y å

F

=

ma

x

Condizioni a contorno Asse x Asse y

a x a  0 y  0 Velocità costante  moto rettilineo uniforme L’oggetto

non

si stacca dal piano  F  f  k  w    0 N  0 F N f k w   0 0 F  f k N  mg 6

L’attrito dinamico f

k

Tiro un oggetto con velocità costante e con il dinamometro misuro la forza che esercito

2 casi (w e 2w)

 F  f  k  0 F f  0 F  k f k

Se raddoppio w, ovvero m

2m

2F  2f k 7

L’attrito dinamico f

k

La forza di attrito dinamico:

f k

= m

k N

Si oppone sempre al motoHa modulo proporzionale alla forza normale alla superficie

sulla quale scorre l’oggetto

La costante di proporzionalità adimensionale è m

k , coefficiente di attrito dinamico

E’ indipendente dalla velocità di scorrimentoE’ indipendente dall’area di contatto 8

F 1 è piccola, il blocco non si muove

L’attrito statico f

s

Tutto fermo F 2 è piccola, il blocco non si muove F è abbastanza grande, il blocco si muove con v costante

f s

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L’attrito statico f

s

La forza di attrito statico:

f s

, max = m

s N

Si oppone sempre al motoHa modulo proporzionale alla forza normale alla

superficie sulla quale scorre l’oggetto

La costante di proporzionalità è m

s , coefficiente di attrito statico

E’ indipendente dall’area di contattoPuò assumere valori tali per cui 0  f s  m s N 10

Attrito statico e attrito dinamico

Materiali

Gomma su cemento asciutto Acciaio su acciaio Gomma su Cemento bagnato Sci/Snowboard sciolinati sulla neve Teflon su Teflon m k 0.80

0.57

0.25

0.05

0.04

m s, max 0.90

0.74

0.30

0.10

0.04

1.

2.

Attrito statico Attenzione a quando piove

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Esercizio

Un autocarro inclina lentamente il suo pianale ribaltabile sul quale è posta una cassa di m = 95.0 kg. La cassa inizia a scivolare per un angolo di inclinazione q = 23.2

o .

1.

Calcolare m s e N y N y q f s x  N   w  f  s  0 w cos q w

w

w sen q q Asse y N w cosθ  0 Asse x w senθ μ s N  0 x N  (95.0

kg)  (9.81

ms -2 )  cos23.2

o  856 N μ s  mg senθ mg cosθ  tgθ  0.432

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Esercizio

Un autocarro inclina lentamente il suo pianale ribaltabile sul quale è posta una cassa di m = 95.0 kg. La cassa inizia a scivolare per un angolo di inclinazione q = 23.2

o .

2.

Se m k = 0.35, con quale accelerazione scende verso terra ?

y N y f k w cos q x  m a 

w a

 N   w  f  k q w sen q q w Asse y Asse x x N w cosθ  0 N  (95.0

kg)  (9.81

ms -2 )  cos23.2

o  856 N w senθ μ k N  ma a  mg senθ μ k mg cosθ m  (9.8

ms 2 )(0.39

0.32)  0.69

ms 13 2

L’attrito

Tensione e pulegge

Molle e legge di Hooke

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Tensione e pulegge

In ogni punto, la tensione vale T Se il peso della fune non è trascurabile, T varia: T 1 T 2 T 3 = m cassa g = m cassa = m cassa g + ½ m fune g + m fune g g Approssimazione: m fune = 0 Con una puleggia, riesco a cambiare direzione a T.

Se la corda e la puleggia sono ideali (m=0), |T| è costante 15

Mettiamo in trazione una gamba rotta

Un meccanismo di trazione, che impiega tre pulegge, è applicato a una gamba rotta. Trovare il valore della massa m se la forza esercitata sul piede è di 165 N e q = 40 o .

y x

T T T

q T cos q T cos q q

T

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Mettiamo in trazione una gamba rotta

Un meccanismo di trazione, che impiega tre pulegge, è applicato a una gamba rotta. Trovare il valore della massa m se la forza esercitata sul piede è di 165 N e q = 40 o .

T

q T cos q T cos q q

T

y x Condizioni a contorno T  mg Puleggia non cambia il modulo della Tensione

Forze che agiscono sul piede

Asse y T senθ T senθ  0 Asse x T cosθ  T cosθ  2T cosθ 2mg cosθ  165 N TRAZIONE m  165 N 2g cosθ  10.9

kg 17

L’attrito

Tensione e pulegge

Molle e legge di Hooke

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Le molle e la legge di Hooke

F forza esercitata dalla molla 19

Le molle e la legge di Hooke

 Una molla allungata o compressa di una quantità

x

sua lunghezza di equilibrio esercita una forza data da rispetto alla

F = - k x Legge di Hooke

Una molla ideale è priva di massa e ubbidisce esattamente alla legge di Hooke 20

Esercizio

Determinare: Una molla lunga 8 cm (x 0 ) ha una costante elastica

k

pari a 160 N/m.

 la lunghezza della molla quando è tirata da una forza di 4 N;  quale sarebbe l’allungamento

x

massa m = 200 g della molla se si agganciasse un oggetto di 21

Esercizio

Soluzione

Si ricorda la legge di Hooke

F = - k x

da cui x = F / k (allungamento  x > 0) Tenendo presente che la lunghezza finale è data dalla somma della lunghezza iniziale della molla e dell’allungamento dovuto alla forza applicata:

x

= x 0 + ( F / k ) = 0.08 m + (4 N / 160 Nm -1 ) = 0.105 m =

10.5 cm

22

Esercizio

Soluzione Aggiungendo ad un’estremità della molla un oggetto di massa pari a 200 g si applica una forza F = m g quindi l’allungamento della molla risulta x = F / k = mg / k x = (0.2 kg 9.8 N kg -1 ) / 160 N m -1 = 0.012 m = 1.2 cm 23

Problema n. 27 , pag. M185 Walker Due blocchi sono collegati da una fune, come mostrato in figura. La superficie liscia e inclinata forma un angolo di 35 o con il piano orizzontale. Il blocco sul piano inclinato (1) ha una massa di 5.7 kg. Trova il modulo e verso dell’accelerazione del blocco (2) se la sua massa è 4.2 kg.

1

q

2

24

Problema da svolgere a casa n. 27 , pag. M185 Walker Due blocchi sono collegati da una fune, come mostrato in figura. La superficie liscia e inclinata forma un angolo di 35 o con il piano orizzontale. Il blocco sul piano inclinato (1) ha una massa di 5.7 kg. Trova il modulo e verso dell’accelerazione del blocco (2) se la sua massa è 4.2 kg.

a

y

N 1 T T

x q

m 1 g 2 a m 2 g

25

n. 27 , pag. M185 Walker Due blocchi sono collegati da una fune, come mostrato in figura. La superficie liscia e inclinata forma un angolo di 35 o con il piano orizzontale. Il blocco sul piano inclinato (1) ha una massa di 5.7 kg. Trova il modulo e verso dell’accelerazione del blocco (2) se la sua massa è 4.2 kg.

(1)x

N sen θ  T cos θ  m 1 a cos θ

(1)y (2)y

Soluzione N cos θ m 1 g  T sen θ  m 1 a sen θ T m 2 g  m 2 a a  g (m 2 m 1 m 1  m sen 2 θ )  0.92

ms 2 26

Esempio

Uso di una carrucola per sollevare un secchio d’acqua da un pozzo   F  0 T 1 w  0 T 1  mg T 2 T 1 T 1  0 T 2  2T 1  2mg 27

Esercizio

Problema: Un blocco di massa m m 2 =40.0 kg . Calcolare: 1 =20.0 kg scivola su un piano privo di attrito ed è collegato a un filo che passa su una puleggia e tiene sospesa una massa 1.

L’accelerazione delle due masse y

Blocco m 1 Blocco m 2

y

T

x

T

x Condizioni a contorno T e a sono uguali per entrambi i blocchi

m 2 g a a

Blocco m 1 Blocco m 2 T  m 1 a T m 2 g  m 2 a a  m 1 m g 2  m 2  (40.0

kg) (20.0

kg  (9.81

ms -2  40.0

kg) )  6.54

ms 2 28

2.

Soluzione esercizio

Problema: Un blocco di massa m massa m 2 1 =20.0 kg scivola su un piano privo di attrito ed è collegato a un filo che passa su una puleggia e tiene sospesa una =40.0 kg . Calcolare: La tensione del filo Blocco m 1 T  m 1 a Blocco m 2 T m 2 g  m 2 a a  m 2 g m 1  m 2  (40.0

kg) (20.0

kg  (9.81

ms -2  40.0

kg) )  6.54

ms 2 T  m 1 a  m m 1 m 1  2 m 2 g  131 N 29