Che cosa è una forza? Se provi a spingere un carrello inizialmente in quiete, o ad arrestarlo quando è in moto, ti accorgerai che potrai farlo solo compiendo uno sforzo. Questo sforzo rappresenta la forza che i tuoi muscoli sono chiamati a sviluppare per far variare lo stato di quiete o di moto del carrello.
Ma non è questo il solo effetto che può produrre una forza. Con una forza puoi anche deformare un corpo: per esempio, comprimere un pallone, piegare un’asta di ferro o allungare una molla d’acciaio.
In base a queste proprietà possiamo definire una forza nel seguente modo: Una forza è la causa che può mettere in movimento un corpo, o arrestarlo, oppure deformarlo.
In particolare, l’allungamento subito da una molla elastica può essere considerato come una misura dello sforzo compiuto per deformarla. Nella pratica si ricorre a questo metodo per misurare una forza: si confronta la deformazione da essa prodotta in una molla con quella causata da un’altra forza nota, presa come campione.
In questo articolo vedremo come si misura la forza, cos’è la forza peso, perchè è stato scelto il chilogrammo come campione di peso e cosa è il dinamometro, cioè lo strumento utilizzato per misurare le forze.
Forza Peso
Una forza nota a tutti è quella peso. Se prendi in mano un libro, poi lo abbandoni, esso cade al suolo; lo stesso avviene con una gomma per cancellare o con qualsiasi altro oggetto. Poiché lo stato di quiete di un corpo può essere alterato solo da una forza, questo vuol dire che la Terra esercita su tutti i corpi posti sulla sua superficie una forza d’attrazione che è stata chiamata forza peso, o semplicemente peso.
E che si tratti di una forza non c’è dubbio, come potete vedere dai seguenti esperimenti:
- Posa un mattone sopra un pallone elastico: il pallone si deforma;
- Appendilo a una molla o ad un filo elastico: la molla, o il filo, si allunga;
- Tienilo sul palmo della mano: avverti lo sforzo necessario per sorreggerlo e, se sei bravo, potrai anche riuscire a valutarne in modo approssimativo il peso.
Tutto considerato, però, è meglio non fidarsi troppo del nostro senso muscolare. La stessa persona che ora giudica leggera una valigia cambierà sicuramente opinione quando la stanchezza incomincerà a farsi sentire.
Perciò sarà opportuno ricorrere a uno strumento tarato. Naturalmente, come prima cosa, sarà necessario pensare a scegliere un peso campione, da usare come unità per la taratura del nostro strumento.
Il Chilogrammo come campione di peso
Nei tuoi esperimenti potrai usare campioni di peso qualsiasi: monete o chiodi uguali. Un motivo vero e proprio per cui si debba scegliere questo oggetto invece di quello non esiste.
Ma se vorrai far conoscere agli altri i risultati delle tue misure dovrai attenerti all’unità internazionale: solo così si può evitare il sorgere di confusione.
Questa unità per tutti è stata realizzata cercando di costruire uno speciale campione (chilogrammo) che avesse lo stesso peso di un decimetro cubo di acqua distillata alla temperatura di 4°C. Con questo campione si è stabilità l’unità di forza.
L’unità di forza adoperata nella pratica è il chilogrammo peso. Il chilogrammo peso è il peso del chilogrammo campione alla latitudine di 45 gradi (quella di Parigi) e al livello del mare.
Questa precisazione ha la sua importanza perché gli scienziati hanno scoperto che il peso dei corpi varia con l’altezza e con la latitudine. Molto spesso si tratta di variazioni minime che per la maggior parte della gente non hanno importanza. Oltre al chilogrammo, si usano in pratica alcuni suoi sottomultipli e multipli.
Lo Strumento per Misurare la Forza, il Dinamometro
Il dinamometro si chiama anche bilancia a molla. Osservandone uno noterai una molla di acciaio a spirale, fissata a un estremo all’interno di un tubo metallico. L’altro estremo porta un indice mobile e un gancio per appendervi i pesi.
La graduazione è stata ottenuta applicando a questo gancio 1,2,3 ecc. pesi uguali; in corrispondenza delle posizioni raggiunte dall’indice sulla scala si sono segnati i numeri 1,2,3 ecc.
Questo vuol dire che se provando a tirare la molla riesci a portare l’indice nella posizione contrassegnata con il numero 5, lo sforzo muscolare da te sostenuto vale 5 unità di peso.
Naturalmente, se la graduazione della scala è stata fatta usando come unità di peso il chilogrammo o il grammo, le letture saranno allora in chilogrammi o in grammi.
Caratteri Distintivi di una Forza
Immagina di voler spostare un tavolo. Per prima cosa applicherai la tua mano in un punto del tavolo per esercitare lo sforzo. Ciò fatto cercherai di muovere il tavolo nella direzione giusta, per esempio verso la finestra o verso la porta. Potrai farlo spingendo il tavolo allontanandolo da te o tirandolo verso di te.
Infine ti occorre ancora stabilire l’intensità o valore dello sforzo da esercitare.
Come hai visto gli elementi o caratteri distintivi di una forza sono quattro:
- Punto di applicazione
- Direzione
- Verso
- Intensità
Le grandezze che, come le forze, sono caratterizzate anche da una direzione e da un verso, si chiamano grandezze vettoriali. Per rappresentare in modo completo una grandezza vettoriale occorre un simbolo speciale: il simbolo appropriato è un segmento frecciato, chiamato vettore, la cui lunghezza, espressa in unità prestabilite, ci dà la misura della grandezza stessa.