Principi della dinamica

In Fisica, più nello specifico in Meccanica classica, le leggi del moto di Newton (o principi della dinamica) sono delle leggi che descrivono la relazione tra il moto di un oggetto e le forze che agiscono su di esso. Furono formulati da Isaac Newton (1642-1727) che li enunciò nella sua opera principale Philosophiae naturalis principia mathematica, pur essendo frutto di una lunga evoluzione da parte di numerosi scienziati che ne ha preceduto e seguito la pubblicazione; in particolare sono stati riformulati storicamente in vari modi, tra cui la formulazione lagrangiana e la formulazione hamiltoniana.

I principi della dinamica sono validi nei sistemi di riferimento inerziali (di conseguenza non valgono in sistemi di riferimento non inerziali) e sono utili per studiare e descrivere il moto ed il comportamento dei corpi che si muovono a velocità molto minori della velocità della luce, condizione in cui sono assimilabili con buona approssimazione ai principi più generali della relatività ristretta. Essi sono:

  • Principio di relatività (o principio zero)
  • Primo principio della dinamica
  • Secondo principio della dinamica
  • Terzo principio della dinamica

Principio di relatività (o principio zero)

Il principio di relatività è uno dei principi fondamentali della fisica moderna, enunciato per la prima volta da Galileo e ripreso successivamente da Einstein, stabilisce che:

Le leggi di una teoria fisica devono essere valide in ogni sistema di riferimento (omogeneo) assunto; ossia devono risultare invarianti, tali che, per uno stesso fenomeno sperimentato in sistemi di riferimento distinti, le leggi forniscano risultati uguali ed omogenei.

In altre parole, è importante che le relazioni fra le grandezze fisiche siano le stesse nei distinti sistemi di riferimento, ovvero, i due membri di una equazione fisica devono essere covarianti se essi passano da un sistema di riferimento ad un altro.

Ad ogni modo esistono alcuni casi particolari in cui uno dei due membri di una equazione fisica resti immutato (invarianza), che vengono spiegati attraverso la Teoria della Relatività di Einstein.

Primo principio della dinamica

Il primo principio della dinamica (detto anche principio di inerzia e dei sistemi inerziali), afferma che in un sistema inerziale un punto materiale, isolato (ovvero non sottoposto ad azioni esterne), permane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, indefinitamente fin quando non agisce su di esso una forza o un vincolo capace di variare il suo stato.

Il filosofo greco Aristotele riteneva che tutti gli oggetti abbiano un posto naturale (di equilibrio) nell’universo. Pensava che un corpo fosse nel suo stato naturale quando era a riposo e affinché il corpo si muovesse in linea retta, a velocità costante era necessario un agente esterno che lo spingesse continuamente per mantenere tale moto, altrimenti avrebbe smesso di muoversi. Galileo Galilei, tuttavia, si rese conto che per modificare la velocità di un corpo è necessaria una forza, ovvero un agente che provochi un’accelerazione, ma non è necessaria alcuna forza per mantenere la velocità del corpo costante. In altre parole, Galileo ha affermato che, in assenza di una forza, un oggetto in movimento continuerà a muoversi (la tendenza degli oggetti a resistere ai cambiamenti in movimento era ciò che Johannes Kepler aveva chiamato inerzia). Questa intuizione fu perfezionata successivamente da Newton, nella sua prima legge, nota anche come “legge di inerzia”: nessuna forza significa nessuna accelerazione, e quindi il corpo manterrà la sua velocità. Poiché la prima legge di Newton è una riaffermazione della legge di inerzia che Galileo aveva già descritto, Newton diede appropriatamente credito a Galileo.

Secondo principio della dinamica

Il secondo principio della Dinamica (detto anche seconda legge di Newton o principio di proporzionalità) esprime l’azione di una forza agente su un corpo materiale, o una forza risultante di un insieme di forze agenti su un corpo, come l’accelerazione nella stessa direzione e nello stesso verso della forza applicata, moltiplicata per la massa del corpo stesso.In altre parole, in un sistema di riferimento inerziale, l’accelerazione di un punto materiale o di un corpo materiale è proporzionale alla somma vettoriale delle forze applicate.

Il secondo principio, dunque, stabilisce che la forza è una grandezza vettoriale con la stessa direzione e lo stesso verso dell’accelerazione, e che essa è direttamente proporzionale all’accelerazione, con costante di proporzionalità data dalla massa del corpo. Si esprime mediante la formula:

[\vec{F}=m\cdot \vec{a}]

che viene anche chiamata legge fondamentale della dinamica. Il modulo dell’accelerazione è proporzionale a quello della forza ed inversamente proporzionale alla massa del corpo.

Terzo principio della dinamica

Il terzo principio della Dinamica (detto anche terza legge di Newton o principio di azione e reazione) stabilisce che se un corpo materiale esercita una forza su un altro corpo materiale, allora il secondo reagirà esercitando sul primo una forza uguale e contraria, diretta lungo la retta congiungente i due punti materiali interagenti.

  • Un tentativo di sviluppare una evoluzione storica dei principi della dinamica. Riccardo Droghei. DOI: 10.13140/RG.2.2.34979.60963
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