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Primo principio della dinamica

Primo principio della dinamica o principio di inerzia

Il primo principio della dinamica (o principio di inerzia o prima legge di Newton) stabilisce che un corpo non soggetto a forze o soggetto a forze la cui risultante è nulla, permane nel suo stato di quiete o continua a muoversi di moto rettilineo uniforme.

Significato fisico del primo principio della dinamica

Già Galileo Galilei aveva intuito che se si conferisce movimento ad un corpo esso tende a rimanere in moto all’infinito tranne nel caso in cui intervenga una forza a farne variare lo stato e riportarlo in quiete.

Allo stesso modo un corpo che si trova in quiete a velocità nulla rimarrà fermo finché non agirà una qualsiasi forza a modificarne lo stato.

Fu Newton a formalizzare tale principio per la prima volta nel 1687.

Applicazioni del primo principio della dinamica

Se la risultante di tutte le forze che agisce su un corpo è nulla, allora ci sono due casi in cui un corpo si può trovare:

  • parleremo di equilibrio statico se l’oggetto rimane fermo;
  • parleremo di equilibrio dinamico invece se l’oggetto si starà muovendo di moto rettilineo uniforme.

Ogni volta che più forze agiscono su un corpo dovremo verificare dunque il valore della risultante per determinare se un corpo subirà o meno un’accelerazione.

Sistema di riferimento e primo principio della dinamica

La validità del primo principio della dinamica non è estesa a tutti i sistemi di riferimento, bensì solo a quelli inerziali.

Dato un sistema di riferimento inerziale, ad esempio la Terra, è possibile stabilire se un qualsiasi altro sistema di riferimento è di tipo inerziale o meno a seconda che esso si muova rispetto al primo a velocità costante o acceleri.

In particolare:

  • se un sistema di riferimento si muove di moto rettilineo uniforme rispetto ad un sistema inerziale, anch’esso sarà di tipo inerziale;
  • se un sistema di riferimento accelera rispetto ad un sistema di riferimento inerziale, esso non sarà di tipo inerziale.

Dunque l’interno di un’auto in frenata, in cui una forza apparente sembra agire e spingere i passeggeri in avanti, non rappresenta un sistema di riferimento inerziale e dunque il primo principio non è valido in quel sistema.

Difatti pur essendo la risultante di tutte le forze che agiscono sui passeggeri nulla, il moto non avviene a velocità costante ma è soggetto ad accelerazione.

Massa e inerzia

La tendenza di un corpo a restare fermo o a mantenere il proprio stato di moto è detta inerzia, da qui la denominazione del primo principio come principio di inerzia.

L’inerzia è una proprietà dei corpi che si identifica con la massa, infatti tanto più un corpo è massivo tanto più difficile sarà metterlo in movimento o fermarlo.

Esercizio

Su di un tavolo di biliardo supposto privo di attrito, una palla si sta muovendo alla velocità costante di 12 m/s.

Ad un certo punto a causa dell’interazione con le altre palline presenti sullo stesso tavolo, sulla palla agiscono tre forze di modulo rispettivamente pari a 3 N, 3,6 N e 2 N.

Le forze sono orientate in maniera tale che quella di modulo 2 N è ortogonale alla forza da 3 N, e quella di modulo 3,6 N forma un angolo di 210° con la forza da 3 N.

Stabilire se la pallina subirà o meno una variazione di velocità.

Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: esercizio sul principio di inerzia.

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