Che cos'è una forza?

Un newton corrisponde circa al peso di una piccola mela tenuta in mano.

Spinte e trazioni

Nel linguaggio comune una forza è una spinta o una trazione. Spingi una porta, tiri un cassetto, calci un pallone, ti appoggi a un muro. In fisica una forza è qualsiasi azione capace di modificare il moto o la forma di un corpo: metterlo in movimento, fermarlo, accelerarlo, rallentarlo, farlo deviare, schiacciarlo o allungarlo. Una forza agisce sempre tra due corpi. La mano spinge la porta; la Terra attira la mela; la strada spinge sugli pneumatici. Se non sai indicare il secondo corpo, probabilmente non hai individuato una vera forza.

Alcune forze richiedono il contatto: l'attrito tra una cassa e il pavimento, la tensione di una fune, la spinta del pavimento che ti sostiene (detta forza normale perché è perpendicolare alla superficie) e la resistenza dell'aria o dell'acqua. Altre agiscono attraverso lo spazio vuoto: la gravità, la forza elettrica tra cariche e la forza magnetica tra magneti. La gravità del Sole attraversa 150 milioni di chilometri di spazio quasi vuoto e mantiene la Terra in orbita.

Misurare le forze in newton

La forza si misura in newton (N), in onore di Isaac Newton. Un newton è la forza che imprime a una massa di 1 kg un'accelerazione di 1 m/s², quindi 1 N = 1 kg·m/s². Sembra astratto, ma è una forza piccola e comune. Una piccola mela di circa 100 g pesa circa 1 N sulla Terra. Per sostenere un sacchetto di zucchero da 1 kg servono circa 9.8 N. Un dinamometro a molla, come quelli usati per pesare i bagagli, misura direttamente la forza: la molla si allunga in proporzione alla trazione.

Le forze si sommano come frecce

La forza è un vettore, quindi contano direzione e verso. Due persone che tirano un carretto nello stesso verso con 30 N e 20 N producono una forza totale di 50 N. Se tirano in versi opposti, il totale è 30 − 20 = 10 N verso chi tira più forte. La somma di tutte le forze su un corpo si chiama forza risultante. Due forze perpendicolari si sommano come i cateti di un triangolo rettangolo: 3 N verso est e 4 N verso nord danno 5 N verso nord-est, per il teorema di Pitagora.

Quando le forze su un corpo si annullano, la risultante è zero e le forze sono in equilibrio. Un libro appoggiato su un tavolo è un buon esempio: la gravità lo tira verso il basso e il tavolo lo spinge verso l'alto con uguale intensità. In un tiro alla fune in cui nessuna squadra si muove, entrambe possono tirare con centinaia di newton, ma la risultante sulla fune è zero. Sono le forze non equilibrate a modificare il moto, come vedremo nella prossima lezione sulle leggi di Newton.

Diagrammi di corpo libero

Per analizzare le forze, i fisici usano un diagramma di corpo libero: rappresentano il corpo con un rettangolo o un punto, poi disegnano una freccia per ogni forza che agisce su di esso. Ogni freccia parte dal corpo e indica il verso della forza; la lunghezza ne rappresenta l'intensità. Per una cassa spinta sul pavimento ci sono quattro frecce: il peso W verso il basso, la forza normale N verso l'alto, la spinta F e l'attrito f in verso opposto al moto.