La statica è  una branca della fisica che studia i corpi statici, o meglio i corpi in stato di quiete. Secondo le leggi di Newton, affinché un corpo mantenga il proprio stato di quiete, tutte le forze che agiscono su di esso devono essere in equilibrio, in modo che la somma vettoriale delle forze sia nulla. In questo modo, gli oggetti rimangono in stato di quiete.

L'idrostatica è una delle branche della fisica e studia i fluidi non soggetti a scorrimento. Questi fluidi possono essere liquidi o gassosi.

Si possono trovare diversi esempi quotidiani che dimostrano questi concetti di fisica meccanica. Perché un edificio si mantenga in equilibrio, la somma delle forze vettoriali deve essere nulla, in modo che la massa dell'edificio e quella dei suoi utensili, la carica della pioggia e del vento siano in equilibrio.

Ecco qualche informazione in più sulla statica e sulla dinamica. Potrebbe essere utile per il programma scolastico!

L'equilibrio statico

Per costruire i palazzi bisogna conoscere la statica!
Il principio che tiene in equilibrio i palazzi si spiega con la meccanica statica!

La statica è una parte della meccanica che studia l'equilibrio dei corpi su cui agiscono delle forze. L'equilibrio fisico si raggiunge quando la somma di tutti i movimenti di un corpo è pari a zero.

La statica cerca quindi di comprendere l'assenza di movimento nei corpi, o meglio i motivi per cui le forze vettoriali che agiscono su di esso si annullano. In questo caso le forze sono in equilibrio.

Esistono tre condizioni affinché un corpo sia in equilibrio:

  • Equilibrio stabile: nel caso di una perturbazione, il corpo tende a tornare al suo stato di equilibrio
  • Equilibrio instabile: anche la minima perturbazione può far cessare lo stato di equilibrio. Le forze del sistema, che prima erano in equilibrio, cominciano a sovrapporsi l'una all'altra.
  • Equilibrio indifferente: il corpo mantiene il suo stato di inerzia in ogni situazione.

Equilibrio del punto materiale

L'equilibrio del punto materiale in un corpo abbastanza piccolo, si verifica quando le forze che agiscono su di esso si annullano. Perché un corpo sia in equilibrio, la somma vettoriale di tali forze deve essere pari a zero.

Equilibrio di un corpo rigido

In un corpo di grandi dimensioni, l'equilibrio statico si verifica quando il corpo non è soggetto ad alcuna traslazione e rotazione. Anche in questo caso, la somma delle forza che agiscono su di esso è pari a zero.

Per applicare questi principi base della meccanica statica, puoi usare uno strumento molto comune nella vita di tutti i giorni, la leva. Azionando questo strumento è possibile vedere concretamente il risultato della somma di forze di equilibrio.

Se vuoi vedere i principi di statica in azione prova a visitare alcune meraviglie architettoniche come la Torre di Pisa!

Peso, densità e pressione idrostatica

Con l'idrostatica impari a conoscere il comportamento dei fluidi.
L'idrostatica studia l'equilibrio dei fluidi!

L'idrostatica è una parte della fisica che studia i liquidi che si trovano in stato di quiete. Concetti come quello di volume, pressione, spinta e densità sono parte integrante di questa disciplina.

Quali sono le origini della meccanica?

Peso specifico e densità

Il peso specifico e la densità sono dati dal rapporto tra la massa del corpo e il volume che occupa. La densità viene definita una grandezza intensiva perché non cambia in base alla quantità di materia presente nel corpo, ma in base alla temperatura.

Il peso specifico di un corpo è una proprietà che risulta dal rapporto tra la massa compatta di un corpo e il volume che esso occupa. L'equazione del peso specifico è Ps=P/V, dove P sta per peso forza e V per volume.

Il peso forza P è uguale al prodotto della massa, m per la gravità g. Visto che m/V è la densità, possiamo riscrivere il peso specifico come di densità (m/V) e gravità.

Questa è la densità (g/cm³) di alcuni elementi molto comuni:

  • Acqua, 1
  • Mercurio: 13, 6
  • Alcol, 0,79
  • Petrolio, 0,72
  • Alluminio, 2,7

Come vedi, ogni corpo è dotato di una specifica densità. Ricordati che la densità misura la quantità di massa di un corpo in un volume specifico.

La pressione

La pressione è la forza applicata in una determinata area che può essere un elemento liquido, solido o gassoso. La pressione si misura in newton al metro quadro, ossia N/m².

A pensarci bene, usiamo spesso la pressione nella vita di tutti i giorni. Lo facciamo, per esempio, durante i pasti quando usiamo il coltello. Grazie alla pressione che esercitiamo sul coltello è più facile tagliare degli alimenti.

Di fatto, riduciamo l'area di contatto tra il coltello e gli alimenti e così facendo aumentiamo la forza applicata. Ecco perché un coltello appuntito riesce a tagliare con più facilità.

La spinta di Archimede

La spinta, conosciuta anche come impulso, è una forza idrostatica esercitata su un corpo immerso in un fluido. L'impulso è quindi l'azione esercitata dal liquido su un corpo specifico.

Questa forza dei fluidi viene studiata fin dall'antichità, in particolare da Archimede, lo studioso greco che ha ideato un teorema sull'impulso. Secondo Archimede, tutti i corpi immersi in un liquido ricevono un impulso dal basso verso l'alto dello stesso peso del fluido spostato. Questo spiega perché i corpi pesanti vanno verso il fondo dell'acqua, mentre quelli più leggeri fluttuano.

La pressione idrostatica è la forza esercitata dai fluidi.
La forza dei fluidi si chiama pressione!

La bilancia idrostatica di Galileo e il principio di Archimede

La bilancetta idrostatica è uno strumento sviluppato da Galileo Galilei. Grazie ad essa è possibile studiare la spinta idrostatica esercitata da un liquido su un corpo immerso.

Il funzionamento di questo apparecchio è basato sul principio di Archimede secondo il quale un corpo immerso in un liquido possiede un peso inferiore a quello dell'aria. La differenza tra questi due pesi è uguale al volume del liquido spostato dall'oggetto.

Grazie alla bilancia idrostatica è possibile identificare la composizione del metallo, la forza di impulso dei liquidi e si determinano le giuste proporzioni quando si mischiano metalli e leghe.

La bilancia di Galileo è composta da due bracci, detti piattelli, a cui si attaccano dei cilindri e dei solidi tramite un gancio. Prova a fare degli esperimenti immergendo il cilindro del piattello in una piccola bacinella d'acqua. Puoi anche fare degli esperimenti di dinamica per la scuola!

Non dimenticare di ripassare le basi della meccanica!

Legge di Stevino, principio di Archimede e principio di Pascal

La legge di Stevino serve per calcolare la pressione che un fluido esercita su un corpo immerso a una certa profondità, a partire dalla densità del fluido e dall'accelerazione di gravità.

I fattori della legge di Stevino sono:

  • P, pressione del liquido
  • p, densità del liquido
  • g, accelerazione di gravità
  • h, profondità

Il principio di Pascal afferma che la pressione esercitata su un determinato punto del fluido viene trasmessa con la stessa intensità in ogni altro punto del fluido. Questa teoria ha permesso di costruire macchinari come le presse e i torchi idraulici, usati per produrre una forza amplificata applicando sulla superficie una forza modesta.

Con il principio di Archimede si è capito che un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l'alto. Se la spinta del liquido è superiore al peso del corpo, questo subirà un'accelerazione verso l'alto. Se il peso del corpo è inferiore a quello della spinta, il corpo subirà un'accelerazione verso il basso. Se la spinta del liquido e il peso del corpo si equivalgono il corpo rimarrà in equilibrio.

Quali sono i principi della dinamica?

Fisica alle superiori e all'università

Studiare fisica per la maturità ti aiuta a prepararti per gli esami di autovalutazione per l'università.
Il principio di equilibrio dei corpi è nel programma scolastico di fisica!

Perché è importante studiare la fisica? Innanzitutto, la fisica è parte del mondo in cui viviamo. Proprio per questo è in ogni programma di scienze, soprattutto alle superiori, il che è un altro buon motivo per imparare i principi di base della fisica.

Il programma scolastico di fisica include la cinematica, la dinamica, la statica, l'idrostatica e diversi argomenti di meccanica relativistica e quantistica.

Chi frequenta il liceo scientifico deve affrontare la prova di matematica e fisica alla maturità. Si tratta della seconda prova scritta che prevede lo svolgimento di un problema e quattro quesiti a scelta.

Come avrai capito, matematica e fisica sono strettamente connesse perché la matematica è il linguaggio con cui parla la fisica. Per questo è importante studiare la legge di gravitazione universale, il principio di Archimede o il teorema di Bernoulli applicando la teoria con le equazioni giuste.

Il bello della fisica è che si può rapportare alla vita di tutti giorni, facendo degli esperimenti semplici, anche in casa.

Approfitta degli esami di maturità anche per prepararti a entrare all'università. La facoltà di fisica non è a numero chiuso ma gli atenei, come l'Università di Pisa o l'Università di Trieste, organizzano degli esami di autovalutazione obbligatori per chi vuole iscriversi al primo anno.

Queste prove includono domande di matematica, scienze, logica e sono fondamentali per capire quali sono le conoscenze scientifiche di base degli aspiranti fisici. Se non raggiungi il punteggio minimo, puoi sempre iscriverti all'università ma dovrai sostenere gli esami di matematica entro la data indicata dalla tua facoltà.

L'unico modo per avere un buon voto all'interrogazione di fisica, superare la maturità e avere un buon punteggio alla prova di autovalutazione all'università è studiare i principi della fisica passo dopo passo!

Bisogno di un insegnante di Fisica?

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Catia

Traduttrice e scrittrice con una passione per le lingue