In fisica, dinamica, statica e cinematica sono le tre branche in cui è suddivisa la meccanica, ossia la scienza che studia il moto dei corpi.

Il movimento ha sempre destato la curiosità di osservatori e studiosi, come dimostrano le opere di Aristotele (384-322 a.c) e altri pensatori dell'Antica Grecia. Il filosofo greco, per esempio, affermò che un corpo si muove solo se viene esercitata una forza su di esso.

Questo principio della meccanica sarà la base per i successivi studi in materia. Galileo Galilei (1564 - 1642) fece degli esperimenti per dimostrare che esistono diverse forze che agiscono sul movimento dei corpi.

Nel 1687 lo scienziato inglese Isaac Newton (1642-1726) scrisse il volume Philosophiae Naturalis Principia Mathematica dove teorizzò le tre leggi che rappresentano i principi della dinamica.

Cos'è la dinamica?

E' la scienza che studia le cause del moto dei corpi e per molto tempo si è basata sulle tre leggi di Newton. Nel corso dei secoli, in particolare nel novecento, gli scienziati hanno iniziato ad andare oltre le tre leggi di Newton, portando la fisica nel suo periodo d'oro.

Le rivoluzionarie teorie di Albert Einstein (1879-1955) hanno introdotto il concetto fondamentale di relatività. Attualmente, gli studiosi continuano a cercare le risposte sul moto dei pianeti nell'universo e sul moto di particelle a livello subatomico con la fisica quantistica.

Tutto questo ci dice che lo studio del movimento è tuttora fondamentale in una materia come la fisica. Per questo la meccanica e le sue branche, come la dinamica, è parte integrante del programma scolastico di fisica. Vediamo allora quali sono i principi della dinamica e della cinematica che ogni studente dovrebbe conoscere.

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La dinamica: fisica per principianti

La gravità è una forza teorizzata ma non ancora misurata.
La gravità è una delle forze principali della dinamica!

La dinamica è la branca della meccanica classica che studia il moto dei corpi a partire dalle sue cause. In altre parole, cerca di spiegare quali sono i fattori che determinano e modificano il movimento. Alla base della dinamica ci sono tre principi fondamentali, detti anche leggi di Newton. Possiamo affermare che è grazie a questi principi e alla continua ricerca sul moto che oggi siamo arrivati all'Esa, European Space Agency!

Vediamo allora cosa dicono le tre leggi di Newton.

Prima legge di Newton: principio di inerzia

La prima legge di Newton corrisponde al principio di inerzia. Lo scopo della dinamica è comprendere la situazione dei corpi che si trovano in stato di quiete o moto.

In base a questa legge, un corpo tende a mantenere il proprio stato di quiete e moto uniforme, se si muove con moto rettilineo uniforme, se la somma delle forze che agiscono su di esso è nulla.

Il principio di inerzia dice, quindi, che un corpo tende a mantenere il proprio stato iniziale, a meno che non intervenga una forza a modificarlo.

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Seconda legge di Newton: principio di proporzionalità

La seconda legge di Newton è il principio fondamentale della dinamica e descrive le conseguenze delle forze che agiscono su un corpo in relazione alla sua massa.

Secondo questa legge, il cambiamento di stato di un corpo dipende dalla forza che viene esercitata su di esso. La forza è uguale al prodotto tra la massa del corpo e l'accelerazione che il corpo subisce.

F=ma

Se conosci il concetto di proporzionalità in matematica saprai che questa formula indica che:

  • La forza è direttamente proporzionale alla massa e all'accelerazione, con cui condivide verso e direzione
  • L'accelerazione è inversamente proporzionale alla massa e direttamente proporzionale alla forza

Prova a colpire un pallone: a seconda della forza che ci metti prenderà un'accelerazione diversa.

Questo secondo principio della fisica è importante perché introduce il concetto di accelerazione e massa inerziale. Se applico una forza a un corpo quello subisce un'accelerazione ma oppone una resistenza alla variazione del suo stato che è uguale alla sua massa.

Prova a spingere un grande oggetto, come un armadio, e sentirai la sua massa che si oppone!

La massa inerziale è uguale al rapporto tra la forza e l'accelerazione! Anche la terra è dotata di una massa e la sua forza di attrazione è la forza gravitazionale! Questa forza viene esercitata tra la massa della terra e quella di qualunque corpo sia presente su di essa.

Terza legge di Newton: principio di azione e reazione

La terza legge di Newton studia le interazioni tra i corpi affermando il principio di azione e reazione. Quando un corpo esercita una forza su un altro corpo, questo risponderà con una forza della stessa intensità ma di senso opposto alla prima.

Se un corpo A esercita una forza su un corpo B, questo risponderà con una forza uguale e contraria a quella di A.

Per esempio, quando si spara un colpo con una pistola, il tiratore riceve una forza nel senso opposto rispetto a quella del proiettile. Questo principio è importante perché dice che le forze non possono mai essere considerate come isolate, ma c'è sempre un'interazione tra i corpi.

La prima lezione che possiamo trarre dalla dinamica è che Newton ha fatto la storia della meccanica!

Applicazione delle tre leggi di Newton nella quotidianità

La quantità di movimento si riferisce all'interazione tra due corpi!
Con la fisica scopri le interazioni tra i moti dei corpi!

Per capire meglio l'importanza delle leggi di Newton, dobbiamo cercare di osservarle nella nostra vita quotidiana.

Secondo la prima legge di Newton, se guidi un'automobile a 100 km/h e non usi né freno, né acceleratore, l'auto continuerà ad andare a questa velocità verso la sua destinazione finale.

In base al principio della seconda legge di Newton, possiamo affermare che la forza di attrito influenza il movimento dei corpi. Facciamo un esempio pratico e mettiamo che tu debba spostare una scatola e uno skateboard dal salone alla tua camera. Quale sarebbe il modo migliore per farlo? Dovresti mettere lo skate nella scatola e sollevarli, oppure sarebbe meglio mettere la scatola sopra lo skate e spingere questi oggetti?

Come è facile intuire, è più facile spostare la scatola sullo skate. In questo esempio si può notare che la massa dei due corpi non cambia. Abbiamo la massa della scatola e quella dello skate in entrambi i casi. Per via della forza di attrito, una forza che agisce nel senso opposto rispetto a quella applicata, la migliore opzione è ridurre la forza di attrito usando le ruote dello skate che toccano terra.

Infine, la terza legge di Newton, ci dice che la Terra esercita su di noi è la stessa forza che noi esercitiamo su di essa. Questo perché la forza gravitazionale corrisponde a un'interazione tra due corpi, la forza di azione e reazione.

Come vedi, possiamo applicare le regole della dinamica nei nostri spostamenti quotidiani. Se vuoi prendere un buon voto a un'interrogazione o prepararti agli esami di maturità, devi capire le basi della fisica a cominciare dagli argomenti di meccanica.

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Cosa studia la cinematica?

La cinematica è la parte della meccanica che studia il moto dei corpi e ne indica la velocità, l'accelerazione e lo spostamento in ogni istante. Questa parte della meccanica, però, non tiene in considerazione la massa dei corpi e la forza applicata.

In cinematica e dinamica il punto materiale può aiutare a comprendere meglio il moto!
Il concetto di punto materiale aiuta a semplificare il sistema di riferimento!

Con la cinematica puoi calcolare facilmente la velocità di un'automobile, il tempo di arrivo di un aereo, l'accelerazione di un atleta durante la corsa.

La cinematica si divide in scalare e vettoriale. Nella cinematica scalare non si tengono in considerazione la direzione e il senso del moto. Questa disciplina cerca, quindi, di semplificare al massimo lo studio del movimento.

Al contrario, la cinematica vettoriale include la direzione e il verso nello studio del movimento. In questa area della fisica devi conoscere il concetto di vettore spostamento, ossia la variazione di un punto materiale P in un intervallo di tempo.

Ricordati che in natura i corpi non si muovono su una linea retta, ma su un piano e nello spazio. Ecco perché aree come la cinematica, la statica e l'idrostatica fanno parte del programma scolastico di fisica!

Se hai dubbi, puoi sempre fare domande al tuo insegnante durante la lezione di fisica.

Impulso e quantità di moto, lavoro ed energia meccanica

L'impulso è una grandezza fisica che prende in considerazione la forza applicata a un corpo e il tempo applicato. La quantità di moto misura la variazione del moto di un determinato corpo.

L'impulso, Q, è la quantità di moto di un corpo Y di massa m che in un determinato istante, chiamato t, possiede una velocità chiamata v. L'equazione che lo rappresenta è: Q=mv.

I fattori lavoro ed energia influenzano il moto dei corpi.
Il lavoro e l'energia sono due fattori essenziali per il moto dei corpi!

L'energia è una parte essenziale per il nostro corpo e per quelli che ci circondano. Il nostro corpo, per esempio, trae energia dagli alimenti ed è questa che ci permette di muoverci. Allo stesso modo, l'energia elettrica è generata dal moto dell'acqua. In entrambi i casi l'energia non viene creata, ma è trasformata.

Nella meccanica l'energia è prodotta dal lavoro di un corpo e corrisponde alla somma dell'energia cinetica con l'energia potenziale elastica o gravitazionale. Per questo, la formula dell'energia meccanica è: E = K+U:

  • E, energia meccanica
  • K, energia cinetica
  • U, energia potenziale

Per quanto riguarda il lavoro, è una grandezza fisica legata allo spostamento. Si tratta, infatti, di una forza costante che viene esercitata su un corpo che fa uno spostamento rettilineo.

Cos'è la dinamica in fisica alle superiori?

Con la cinematica si studia il movimento senza considerare le forze applicate.
La meccanica fa parte del programma scolastico!

A proposito di programma scolastico, quali sono gli argomenti di fisica che si studiano a scuola? La meccanica in generale è uno degli argomenti principali per gli studenti di tutte le scuole.

Per chi frequenta il liceo scientifico, la fisica è anche una materia d'esame obbligatoria insieme a matematica.

Nella seconda prova scritta gli studenti devono risolvere un problema e rispondere a quattro quesiti di fisica e matematica. Gli argomenti trattati sono:

  • Misura e grandezze fisiche
  • Cinematica classica e relativistica
  • Energia e materia
  • Onde e particelle
  • Forza e campi

Se ti prepari bene alla prova di matematica e fisica sarai avvantaggiato anche all'università, soprattutto se scegli la facoltà di fisica. Anche se non è più a numero chiuso, la facoltà di fisica richiede che tutti gli aspiranti studenti superino una prova generale sulle proprie conoscenze matematico-scientifiche, anche su concetti base come la legge di gravitazione universale.

Se presti attenzione in classe, studi i concetti di fisica riportandoli a ciò che vedi nella vita quotidiana non avrai alcuna difficoltà con questa materia!

Se hai difficoltà, puoi sempre fare una lezione di prova con un insegnante specializzato!

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Catia

Traduttrice e scrittrice con una passione per le lingue