I principi della dinamica

I principi della dinamica, sviluppati da Isaac Newton, sono stati presentati nel 1686 nel lavoro Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Essi costituiscono la base della meccanica classica, quella branca della fisica che descrive la relazione tra il movimento di un corpo ed i fattori che lo modificano. Sono presentati come principi, cioè desunti direttamente dall'esperienza e usati come assiomi, fondamenti, per lo sviluppo della meccanica newtoniana.

• Prima legge di Newton (principio di inerzia)

Se la forza totale applicata ad un corpo è nulla, allora il corpo si muove a velocità costante.

Questa affermazione si scontra con quella che è l'esperienza comune, la quale sembrerebbe prevedere l'applicazione di una forza costante per mantenere in moto un corpo sempre alla stessa velocità (per esempio, se voglio far scivolare a velocità costante un libro su un tavolo, devo continuare a spingerlo). Questo avviene perchè tra il tavolo ed il libro si sviluppano attriti, che sono una vera e propria forza; la forza di spinta controbilancia esattamente la forza di attrito ed il libro si muove a velocità costante. Supponendo di poter eliminare completamente gli attriti, si può facilmente immaginare che il libro non avrebbe più bisogno di alcuna spinta, dopo quella iniziale, per mantenere il suo stato di moto.

La tendenza di un corpo a mantenere il suo stato di velocità (e quindi ad opporsi ad accelerazioni) è chiamata inerzia (da cui il nome del principio).

• Seconda legge di Newton

La seconda legge di Newton è la legge fondamentale della meccanica classica; essa afferma che l'accelerazione che subisce un corpo è proporzionale alla forza totale agente sul corpo stesso. Matematicamente:

F=m*a

dove "F" rappresenta la forza totale agente sul corpo e "a" rappresenta l'accelerazione che il corpo subisce.

La grandezza "m", che rappresenta la massa del corpo, è quindi una misura dell'inerzia del corpo stesso.

• Terza legge di Newton (principio di azione e reazione)

Ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria.

Quindi se il corpo A esercita una forza sul corpo B, allora anche il corpo B deve esercitare sul corpo A una forza uguale e contraria. Un oggetto cade perchè la Terra esercita una forza su di esso, attirandolo; ma anche l'oggetto esercita la stessa forza verso la Terra (cioè attira verso di sè la Terra), solo che, essendo la massa terrestre enormemente più grande, l'accelerazione della Terra risulta impercettibile.

Se all'azione non corrispondesse una reazione, la forza totale agente sul sistema corpo A + corpo B sarebbe diversa da zero, per cui il sistema dovrebbe accelerare (e quindi lo si potrebbe spingere nello spazio senza spendere energia). Ne consegue che è impossibile, per esempio, che i passeggeri possano spingere una barca soffiando sulle vele, o possano far muovere nello spazio una navicella spaziale spingendo sulle pareti.

Questo principio spiega, tra le altre cose, come sia possibile per una persona camminare: il piede spinge verso il terreno (azione), che a sua volta, grazie all'attrito, spinge il piede, e quindi il corpo, in avanti (reazione). Ecco perchè su una superficie ghiacciata, con attriti molto bassi, è impossibile camminare, come è impossibile farlo sopra dei rulli.

Il piede, spingendo verso il basso, fa muovere il terreno in senso opposto, ma la grande massa della Terra rende impercettibile questo spostamento. Se invece della Terra avessimo sotto i piedi dei rulli, questi, a differenza della Terra, si metterebbero a girare impedendoci di camminare (con scene tipo Mai dire Banzai o Ciao Darwin).