Calcolatore di Forza

Il calcolatore di forza è qui per aiutarti a calcolare la forza in base al secondo principio della dinamica di Newton. Continua a leggere per imparare cos'è la forza e quali tipi di forze esistono nella meccanica tradizionale. Ti spiegheremo anche come trovare la forza negli esercizi utilizzando la formula della forza. Alla fine, illustreremo anche cos'è la forza netta con un facile esempio.

Se hai bisogno di trovare una forza specifica, forse uno di questi calcolatori può aiutarti:

• Calcolatore di forza gravitazionale;
• Calcolatore di forza normale 🇺🇸;
• Calcolatore della forza centrifuga;
• Calcolatore per l'attrito;
• Calcolatore di tensione;
• Calcolatore della spinta idrostatica; e
• Calcolatore per la pressione.

Che cos'è la forza?

Alla domanda "Che cos'è la forza?", un non-fisico probabilmente penserebbe alla forza necessaria per spingere e tirare. Un fisico penserebbe alla variazione di velocità di un oggetto. Per capire il perché, diamo un'occhiata all'equazione della forza:

dove:

• $\small a$ — Accelerazione dell'oggetto espressa in metri al secondo quadrato $\small\rm [m/s^2]$;
• $\small m$ — Massa dell'oggetto espressa in chilogrammi $\small \rm [kg]$; e
• $\small F$ — Forza misurata in Newton $\small \rm [N]$.

L'accelerazione è la variazione di velocità nel tempo. Come si evince dalla formula della forza, maggiore è la forza, maggiore è l'accelerazione. Quindi, se qualcosa sta accelerando, ad esempio un'auto, può generare una forza significativa se va a sbattere contro un'altra auto. Questa forza è proporzionale alla massa dell'auto e alla sua accelerazione (di arresto). Un altro esempio è la forza del pugno umano, dove la massa e l'accelerazione del corpo sono direttamente proporzionali alla forza dell'impatto.

Per utilizzare il calcolatore di forza, inserisci due di queste variabili: massa, accelerazione o forza in qualsiasi unità e ottieni il numero mancante in un batter d'occhio.

Se stai calcolando la forza a mano, usa sempre il sistema SI per evitare errori. Qual è l'unità SI della forza? È Newton $\footnotesize \bold{[N]}$ — dal nome di Isaac Newton, matematico, fisico e scopritore della gravità. In unità di base SI, un Newton equivale a:

Per saperne di più sulle unità di misura della forza, visita il nostro convertitore di forza 🇺🇸.

Newton ha elaborato tre principi della dinamica che spiegano il movimento di tutti gli oggetti fisici. Sono le basi di tutta la meccanica tradizionale, nota anche come meccanica newtoniana.

1. Primo principio della dinamica di Newton

   Un oggetto rimane a riposo o continua a muoversi di moto uniforme se non viene agito da una forza esterna;

2. Secondo principio della dinamica di Newton

   La forza esercitata da un oggetto è uguale alla massa per l'accelerazione dell'oggetto stesso: $\small F = m \times a$; e

3. Terzo principio della dinamica di Newton

   Quando un corpo esercita una forza su un secondo corpo, il secondo corpo esercita una forza di magnitudine uguale e direzione opposta sul primo corpo (per ogni azione c'è sempre una reazione uguale ma opposta).

Tutte le forze della meccanica tradizionale sono soggette a tre dei principi della dinamica di Newton.

• La forza gravitazionale — L'attrazione tra due oggetti di massa non nulla. Cammini sul terreno invece di fluttuare a causa di questa forza — la gravità. È esercitata da tutto ciò che ti circonda, come lo schermo su cui stai leggendo questo articolo. È così piccola che non si nota;

• La forza normale — La reazione alla forza gravitazionale, un perfetto esempio del terzo principio di Newton. Quando sei in piedi, eserciti una forza (pari alla forza gravitazionale) sul pavimento. Il pavimento esercita su di te una forza dello stesso valore;

• L'attrito — Una forza che si oppone al movimento. È proporzionale alla forza normale che agisce tra un oggetto e il suolo. In inverno, si applica della sabbia sulle superfici ghiacciate per aumentare l'attrito ed evitare di scivolare;

• La tensione — Una forza assiale che passa attraverso corde, catene, molle e altri oggetti quando c'è una trazione esterna. Ad esempio, se stai portando a spasso il tuo cane e lui ti tira in avanti, crea una tensione sul suo guinzaglio;

• La forza centripeta — Una forza che agisce su un oggetto in rotazione. Sei mai stato su una giostra? Ricordi la sensazione di essere spinto verso l'esterno? Questa sensazione si chiama inerzia (primo principio di Newton), e la forza centripeta è responsabile della rotazione continua; e

• La pressione — La misura della forza applicata su una superficie. Se gonfi un palloncino, le particelle d'aria al suo interno esercitano una pressione sul palloncino. Tutte le particelle sentono la stessa forza, quindi il palloncino viene gonfiato in modo uniforme.

Vediamo alcuni esercizi affinché nulla possa sorprenderti durante le lezioni di fisica.

1. Trova la forza accelerante e quella decelerante:

Un ghepardo ha una massa di 50 kg. Accelera da fermo a 50 km/h in 3 secondi. Poi inizia a rallentare costantemente e si ferma dopo 8 secondi.

• Forza accelerante:

  Per prima cosa, trova l'accelerazione:

  $\small 50 \space \text{km/h}$ è uguale a $\small 13,\!89 \space \text{m/s}$ (l'abbiamo calcolata con il convertitore di velocità media 🇺🇸).

  L'accelerazione è pari alla differenza di velocità nel tempo:

Calcola la forza accelerante:

• Forza decelerante:

La forza decelerante è negativa perché ha una direzione opposta a quella della forza accelerante.

2. Di quanta forza hai bisogno per accelerare un oggetto ($\small \bold{ m = 2 \space kg}$) di $\small \bold{8\ \rm{m/s^2}}$? E se l'oggetto è tre volte più pesante? Come influisce la forza?

Se la massa è tre volte più pesante, la forza deve essere tre volte maggiore.

La forza è un vettore 🇺🇸. Significa che ha un valore e una direzione. Per questo motivo non si può sommare come i numeri normali (scalari).

La forza netta 🇺🇸 ($\small F_{\text{N}}$) è la somma dei vettori di tutte le forze individuali che agiscono su un oggetto. Ad esempio, consideriamo una palla che cade. Su di essa agiscono la forza gravitazionale ($\small F_{\text{G}} = 5\ \rm N$), la resistenza dell'aria ($\small F_{\rm R} = 1\ \rm N$) e la forza laterale causata dal vento ($\small F_{\rm V} = 2\ \rm N$).

1. Per prima cosa, trova la forza netta delle forze verticali ($\small F_{\text{O}}$). Hanno direzioni opposte, quindi, in parte, si annullano a vicenda:

2. Ora, trova la forza netta ($\small F_{\text{N}}$) delle due forze rimanenti.

   Puoi calcolarla utilizzando il teorema di Pitagora (in un triangolo rettangolo: $\small a^2 + b^2 = c^2$). Per saperne di più sull'addizione di vettori, visita il calcolatore per la somma dei vettori.

La forza netta che agisce su una palla è pari a 2√5 N.

Ora che conosci i tre principi della dinamica di Newton e la definizione di forza, guarda uno dei calcolatori elencati all'inizio. Lì, spieghiamo in dettaglio tutti i tipi di forza. Recentemente abbiamo anche fatto un divertente esperimento in cui abbiamo testato cosa avrebbe vinto una gara — un rotolo di carta igienica o una bottiglia. Dai un'occhiata per imparare qualcosa sul momento d'inerzia della massa e sull'accelerazione!