Forza

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Introduzione

Forza In fisica, qualunque azione che alteri lo stato di moto o che produca una deformazione del corpo su cui agisce. La forza è un vettore, vale a dire una grandezza dotata di intensità, direzione e verso. Nel Sistema internazionale si misura in newton (N). La branca della fisica che ha per oggetto le forze e i loro effetti sul moto dei corpi è la dinamica.

In natura esistono quattro tipi di forze fondamentali: la forza gravitazionale, quella elettromagnetica, la forza (interazione) forte e la forza (interazione) debole. Nell’ambito dello studio delle particelle elementari, le forze vengono più comunemente definite interazioni.

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Forze e principi della dinamica

Il secondo principio della dinamica definisce qual è la relazione tra una forza e l’effetto che essa produce sul moto di un corpo: in forma matematica si scrive F = m a, dove F rappresenta la forza, a l’accelerazione acquisita dal corpo ed m, costante di proporzionalità tra le due grandezze, la massa del corpo. Dunque, se la forza è nulla (o è nulla la risultante, vale a dire la somma vettoriale di tutte le forze agenti), l’accelerazione non può che essere nulla, e il corpo rimanere in quiete, o al più muoversi di moto rettilineo uniforme (primo principio della dinamica); se invece la forza è diversa da zero, il corpo acquista un’accelerazione tanto maggiore quanto più piccola è la sua massa inerziale.

Il secondo principio della dinamica permette inoltre di determinare facilmente le dimensioni fisiche della forza: si tratta appunto del prodotto di una massa per un’accelerazione. Il newton, infatti – la sua unità di misura – è definito come l’intensità della forza necessaria a imprimere l’accelerazione di 1 m/s² a un corpo della massa di 1 kg: 1 N = 1 kg · m/s².

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Forze reali e forze apparenti

In generale, l’azione di una forza è riconducibile alla presenza di un corpo “sorgente”, posto nelle vicinanze del punto in cui si esplica. Le forze per cui vale questa affermazione, definite forze reali, seguono le leggi della meccanica newtoniana. Esiste però anche un altro tipo di forze, che sembrano manifestarsi tutte le volte che il moto di un corpo viene osservato da un sistema di riferimento esso stesso in moto accelerato; queste forze scompaiono se il moto viene descritto in un sistema di riferimento in quiete o in moto con velocità costante, ovvero in un sistema di riferimento inerziale.

Ne è un tipico esempio la forza centrifuga, a causa della quale una persona seduta su una giostra si sente spingere verso l’esterno: tale forza non è dovuta all’azione di un corpo; è solo una conseguenza del fatto che l’individuo sta osservando il proprio moto da un sistema di riferimento accelerato (non inerziale), quale è la giostra. Per un osservatore che guardi la giostra ruotare da terra (un sistema di riferimento fermo, e dunque inerziale), l’individuo seduto appare sottoposto alla sola forza centripeta, che lo tiene vincolato a muoversi di moto circolare uniforme.

La descrizione del moto di un corpo, dunque, è diversa a seconda del sistema di riferimento adottato: se si sceglie un sistema inerziale, si deve tenere conto esclusivamente delle forze reali ad esso applicate; se invece si sceglie un sistema di riferimento non inerziale, vanno considerate anche le forze apparenti (o fittizie).

Un altro esempio di forza apparente è la forza di Coriolis, percepita sulla superficie terrestre a causa della rotazione del pianeta intorno al suo asse. È a questa forza che si deve, ad esempio, l’effetto di rotazione delle correnti in senso antiorario nell’emisfero settentrionale e in senso orario in quello meridionale.