Grandezza fondamentale della meccanica.
Grandezza fondamentale della meccanica. Una forza si può definire come «qualsiasi causa che tende a modificare lo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme di un corpo». Un’altra definizione della forza è costituita dall’insieme delle convenzioni che ne consentono la misurazione diretta; tali convenzioni utilizzano o l’effetto statico di una forza (per esempio, la deformazione di una molla) o l’effetto dinamico (per esempio, il moto prodotto da una forza che agisce su un determinato corpo).
Una forza è caratterizzata dai seguenti elementi: intensità, punto di applicazione, direzione e verso; essa è, pertanto, una grandezza vettoriale e può essere rappresentata graficamente mediante un {tip Ente geometrico dotato di lunghezza, direzione e verso, rappresentato da un segmento orientato.} vettore{/tip}. Per la misura delle forza si impiegano strumenti quali il dinamometro (o bilancia a molla) e la bilancia (pesiera). Nel sistema internazionale, l’unità di forza è il newton, cioè la forza che imprime alla massa di 1 kg-massa l’accelerazione di 1 m/sec².
Una forza può essere centripeta o centrifuga. Nel primo caso, si tratta di una forza diretta verso il centro della traiettoria, a cui deve essere sottoposto un punto materiale che si muove di moto circolare uniforme. La forza centrifuga, invece, è la forza apparente (eguale e opposta alla forza centripeta) che un punto materiale (che si muove di moto curvilineo) esercita sul vincolo che lo mantiene sulla traiettoria come reazione vincolare.
Si parla, inoltre, di forza elastica (proporzionale allo spostamento, da una posizione di riposo, del punto cui viene applicata), forza di inerzia (opposta da un corpo alle forze esterne, in base al principio di azione e reazione), forza di coesione (che si esercita fra le molecole dei solidi e dei liquidi, dando a questi un volume ben definito), forza magnetomotrice (differenza di potenziale esistente ai capi di un generatore di tensione quando questo non eroga corrente) e forza d’attrito. Con quest’ultima espressione, ci si riferisce a un sistema di forze che esercita una resistenza passiva tale da ostacolare il movimento relativo di due corpi a contatto.
Il lavoro delle forze di attrito è sempre negativo (assorbono, cioè, continuamente energia e la trasformano in quantità equivalenti di calore): è per questa ragione che una superficie, sottoposta a frizione, si riscalda. Fenomeni di attrito sono presenti, in misura più o meno rilevante, in qualsiasi congegno meccanico. La loro presenza comporta una continua perdita di energia utile sotto forma di energia termica (calore); i principi della termodinamica sanciscono, d’altra parte, la netta irreversibilità di questi processi, con la conseguente negazione di qualsiasi forma di moto perpetuo. Le forze d’attrito hanno comunque grandissima importanza per i numerosi campi della tecnica, nei quali hanno una funzione preponderante.
In molti casi, infatti, l’attrito è indispensabile: nodi, viti e chiodi agiscono in virtù dell’attrito e tutti i mezzi di locomozione sono possibili grazie all’attrito. Per certe applicazioni si cerca addirittura di crearlo, costruendo smorzatori e ammortizzatori. Questi apparati sono particolarmente utili per impedire che gli equipaggi mobili di certi strumenti oscillino troppo a lungo, il che prolungherebbe eccessivamente il tempo occorrente per la misura. L’attrito così creato non deve influire sulla posizione d’arresto dell’equipaggio mobile; si costruiscono perciò smorzatori a fluido, che sfruttano l’attrito del mezzo e l’attrito interno.