Fisica 5 °A anno scolastico 2006/2007

Campi di forze

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Forza gravitazionale: Newton

Partendo dalla terza legge di Keplero, Newton ha dimostrato che la forza che si esercita tra due masse M1 e M2 è direttamente proporzionale al prodotto delle masse e inversamente proporzionale al quadrato delle distanze.
In formula:

1

In questa formula G= 6,67 10 -11.

Da quanto detto risulta che per rilevare una forza dell'ordine di 1 Newton Dobbiamo far interagire a breve distanza masse enormi dell'ordine dei milioni di Kilogrammi, ossia non è possibile rilevare l'azione della forza di gravità tra due oggetti di massa trascurabile (tra una matita e una gomma).

E' possibile rilevare la forza tra un oggetto di massa trascurabile ed un'altra massa enorme ( tra una matita e la terra). Nell'esperienza quotidiana misuriamo la forza peso degli oggetti posti ad una quota tra 0 e 1000 metri dal suolo. In questo contesto la forza agente è del tipo F=m g, dove g è la forza gravitazionale F/m e risulta essere praticamente costante e pari a g=9,81 m/sec 2. A volte indicheremo questa forza col simbolo Pe la chiameremo forza peso.

Forza elettrica:la legge di Coulomb

Con elettrostatica si intende la teoria che studia l'effetto di forza dovuto a cariche elettriche immobili su un oggetto carico.
Si chiama carica elettrica la quantità di elettricità positiva o negativa di un corpo, essa è sempre un multiplo intero della carica elementare (presente su elettroni(-) o protoni(+)) e = 1,602·10-19 [C].

Le più piccole quantità di carica elettrica esistenti sono:

  1. la carica dell'elettrone, pari a -e.
  2. la carica del protone +e.

Come verificato nel film della Esso, la forza che si esercita tra due cariche "F" di attrazione (cariche di segno opposto) o di repulsione (cariche di uguale segno) fra due cariche puntiformi Q1 e Q2 immerse in un mezzo isolante è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche ed inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza ossia in formula:

3

La direzione della forza è la retta passante per le due cariche.

La costante K vale 9 10 9 nel vuoto o nell'aria.

Pertanto è possibile rilevare forze elettriche anche tra corpi su cui siano presenti cariche estremamente piccole dell'ordine del milionesimo di Coulomb.

La grandezza e prende il nome di costante dielettrica assoluta del vuoto e vale :

2

Per un mezzo diverso dal vuoto si è soliti esprimerla come prodotto tra la costante dielettrica del vuoto e la costante dielettrica relativa del mezzo:
ε = εo · εr .

Nel caso dell'acqua er vale 79, ossia nell'acqua la forza elettrica si abbassa di 79 volte e tale diminuzione dell'intensità è sufficiente per la rottura dei legami ionici (è sufficiente il moto browniano).

Principio di sovvrapposizione degli effetti

Per determinare la forza agente sul bersaglio (massa bersaglio per il gampo gravitazionale o carica bersaglio per l'elettrostatica) è possibile utilizzare il principio di sovvrapposizione degli effetti.

Tale pricipio afferma che la forza risultante agente è la somma vettoriale delle forze determinate tra ogni sorgente e il bersaglio (somma di vettori! -> risultante).

Confronto tra gravitazione e elettrostatica.

.
Gravità
Elettrostatica
Sorgente le Masse le cariche elettriche
azione sempre attrattiva cariche uguali repulsiva - cariche opposte attrattiva
Costante di proporzionalità G estremamente piccola e pertanto si misurano forze solo tra massi enormi K estremamente grande. E' rilevabile una forza tra cariche estremamente piccole
Costante di proporzionalità G è una costante universale K varia a secondo del mezzo materiale in cui si opera.
Principio di sovvrapposizione degli effetti
Si
Si
Forze agenti a distanza
Si
Si

           

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