GAIALAB:INCONTRIAMO L AMBIENTE IN LABORATORIO

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Ottaviano Carlucci
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1 LABORATORIO DI FISICA Le forze che governano la natura La forza ha carattere vettoriale, cioè caratterizzata da un intensità, una direzione e un verso oltre che da un punto di applicazione. Rappresentazione grafica di forze Le forze sono di vario genere, ma sostanzialmente si dividono in forze a contatto e forze a distanza: le prime si hanno in luogo di interazioni dirette tra i corpi quando essi entrano appunto in contatto fisico dal punto di vista macroscopico, le seconde si manifestano anche in assenza di tale contatto (un classico esempio è offerto dalla interazione tra stelle e pianeti). Le forze a contatto si dividono a loro volta in forze elastiche e forze di attrito; mentre quelle a distanza si dividono in forze gravitazionali ed elettromagnetiche. 1

2 Un esempio di forza elastica è rappresentato da uno strumento che misura le forze stesse: Il dinamometro Il dinamometro è un oggetto costituito da una molla e da una scala graduata e serve a misurare quantitativamente una forza. Se ad esempio lo fissiamo sulla estremità superiore in posizione verticale ed appendiamo un oggetto all'estremità inferiore vedremo la molla allungarsi e il puntatore ci darà, attraverso la scala graduata, il valore numerico della forza applicata, in questo caso il peso dell'oggetto. Quando il peso viene sganciato dalla molla lo strumento ritorna nella sua posizione iniziale. L'intensità di una forza si misura in Newton (N). La forza di gravità che agisce su un oggetto (il suo peso) si può misurare con uno strumento detto dinamometro. Lo strumento contiene una molla che si distende in maniera proporzionale alla forza applicata e visualizza l'intensità della forza su una scala. La forza necessaria per sollevare una mela è di circa 1N ed e uguale al peso della mela. 2

3 Altri tipi di forze passive le forze di attrito. Esistono diversi tipi di attrito, ma hanno una caratteristica comune: sono sempre forze dirette in senso contrario al movimento, pertanto tendono ad ostacolarlo (perché un corpo che una volta in movimento non sia più tirato o spinto dovrebbe rallentare o fermarsi?). L'attrito tra due corpi che strisciano l'uno sull'altro è detto radente, quello di un corpo che rotola volvente. Attrito radente Attrito volvente 3

4 Passiamo ora alle forze a distanza: abbiamo detto che una di queste è rappresentata dalle forze gravitazionali. Galileo Galilei La forza di gravità è tra tutte le forze della Natura quella che conosciamo da più tempo. Una delle sue proprietà fondamentali - che tutti i corpi in caduta libera hanno la stessa accelerazione -fu identificata da Galileo all'inizio del diciassettesimo secolo. Verso la fine dello stesso secolo, Newton stabilì la legge di gravitazione universale responsabile sia della forza di caduta dei gravi sia della forza di attrazione tra pianeti. Isaac Newton e la famosa mela 4

5 Infine Einstein, con la teoria della relatività generale, stabilì la connessione tra campo gravitazionale e struttura dello spazio-tempo. Tuttavia, ad oggi disponiamo di pochissimi elementi sulle proprietà della forza gravitazionale ed in particolare delle sue caratteristiche in condizioni estreme. Contrariamente a ciò che si potrebbe credere, l'interazione gravitazionale è la meno conosciuta fra le interazioni fondamentali. Albert Einstein La forza gravitazionale è nota all uomo sin dall origine della vita, nella sua veste di forza peso, che ci vincola alla superficie terrestre. Nel secolo scorso l uomo si è accorto dell esistenza di altre due forze, quella elettrica e quella magnetica, in realtà erano da considerare come due aspetti diversi di una stessa forza, detta elettromagnetica. 5

6 LA FORZA ELETTROMAGNETICA Gli antichi greci conoscevano già la proprietà della magnetite (un minerale di ferro) di attrarre oggetti di natura ferrosa. Il fenomeno viene detto magnetismo dal nome di questo minerale, e tutti i corpi che si comportano come la magnetite vengono denominati magneti o calamite. Se non esistesse la forza elettromagnetica non ci sarebbe la chimica, la biologia, la fisica... e non ci sarebbe nessuno a cui questo importerebbe! Responsabile del 90% dei fenomeno che avvengono in natura, dalla TV agli atomi, è senza dubbio la più conosciuta dopo la forza gravitazionale: Coinvolge tutte le particelle dotate di carica elettrica... Ricordate... 6

7 Ogni particella carica crea attorno a sé un campo elettromagnetico che può esser percepito da un'altra particella ( anch'essa carica) che si trova a passare: è come se il campo fosse una "zona privata" piena di sensori, che permette alla sorgente di riconoscere chi vi "transita": e di mandar via chi ha la stessa carica, attirando invece particelle di carica opposta... Per questo i due elettroni si respingono mentre orbitano tranquillamente intorno ad un nucleo atomico che ha una carica positiva. GLI OPPOSTI SI ATTRAGGONO E GLI ANALOGHI SI RESPINGONO Appoggiando della limatura di ferro sopra ad un foglio di carta, sotto al quale sono presenti delle calamite, la limatura di ferro rivela le linee di forza dei campi magnetici attorno ai poli opposti e ai poli uguali. 7

8 MAGNETISMO TERRESTRE La Terra è un gigantesco magnete, il cui campo magnetico si estende per decine di migliaia km nello spazio. Il polo nord e il polo sud geografici non corrispondono ai poli magnetici, perché il campo magnetico terrestre è in continuo movimento. Ancora non si è capito perché la Terra si comporti come un magnete ma si pensa che tale comportamento sia dovuto a correnti elettriche che circolano nel centro della Terra. Con l aiuto di una bussola, si può rilevare il campo magnetico terrestre. Infatti, qualsiasi magnete libero di ruotare si trovi nel campo del nostro pianeta si orienta secondo la direzione Nord-Sud dei poli magnetici terrestri. 8

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