Isaac Newton ha fornito la migliore descrizione dei legami tra forza e movimento nelle sue tre famose leggi, e impararle è una parte cruciale dell'apprendimento della fisica. Ti dicono cosa succede quando una forza viene applicata a una massa e definiscono anche il concetto chiave di forza. Se vuoi capire la relazione tra forza e movimento, le prime due leggi di Newton sono le più importanti da considerare e sono facili da capire. Spiegano che qualsiasi cambiamento dal movimento al non movimento o viceversa richiede una forza sbilanciata e che il la quantità di movimento è proporzionale alla dimensione della forza e inversamente proporzionale alla massa dell'oggetto.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Se non c'è forza, o se le uniche forze sono perfettamente bilanciate, un oggetto rimarrà fermo o continuerà a muoversi esattamente alla stessa velocità. Solo le forze sbilanciate causano cambiamenti nella velocità di un oggetto, incluso il cambiamento della sua velocità da zero (cioè stazionario) a più di zero (in movimento).
Prima legge di Newton: forze e moto sbilanciati
La prima legge di Newton dice che un oggetto rimarrà fermo (non in movimento) o in movimento a esattamente la stessa velocità e esattamente nella stessa direzione a meno che non sia agito da un "sbilanciato" vigore. In termini più semplici, dice che qualcosa si muove solo se qualcos'altro lo spinge e che le cose si fermano, cambiano direzione o iniziano a muoversi più velocemente se qualcosa lo spinge.
Comprendere il significato di "forza squilibrata" chiarisce questa legge. Se due forze agiscono su un oggetto, una che lo spinge a sinistra e l'altra a spingerlo a destra, si muoverà solo se una delle forze è maggiore dell'altra. Se hanno esattamente la stessa forza, l'oggetto rimarrà dov'è.
Un modo per immaginarlo è pensare a una serie di bilance, con pesi su entrambi i lati. I pesi vengono tirati giù dalla gravità e l'unica cosa che influisce su quanto la gravità li tira è quanta massa c'è. Se hai la stessa quantità di massa su entrambi i lati, la bilancia rimane ferma. La bilancia si muove solo se la rendi letteralmente sbilanciata in termini di massa. La differenza di massa significa che le forze che agiscono su entrambi i lati della bilancia sono sbilanciate, e quindi la bilancia si muove.
Immaginare un movimento costante alla stessa velocità è più difficile perché non lo incontri nella vita di tutti i giorni. Pensa a cosa accadrebbe se avessi una macchinina seduta su una superficie perfettamente liscia (senza attrito) e non ci fosse aria nella stanza. L'auto sarebbe rimasta ferma a meno che non venisse spinta, come descritto sopra. Ma cosa succede dopo la spinta? Non c'è attrito con la superficie per rallentarlo e non c'è aria per rallentarlo. La superficie bilancia la forza di gravità (mediante qualcosa chiamato "reazione normale", correlato alla terza legge di Newton), e non ci sono forze che agiscono su di essa da sinistra o da destra. In questa situazione, l'auto continuerebbe a viaggiare alla stessa velocità lungo la superficie. Se la superficie fosse infinitamente lunga, l'auto continuerebbe a muoversi a quella velocità per sempre.
Seconda legge di Newton: cos'è la forza?
La seconda legge di Newton definisce il concetto di forza. Afferma che la forza applicata a un oggetto è uguale alla sua massa moltiplicata per l'accelerazione che la forza provoca. In simboli, questo è:
F=ma
L'unità di forza è il Newton – per intenderci chi l'ha definito – che è un modo abbreviato di dire chilogrammo-metri al secondo quadrato (kg m/s2). Se hai una massa di 1 kg e vuoi accelerarla di 1 m/s ogni secondo, devi applicare una forza di 1 N.
Scrivere la legge di Newton nel modo seguente aiuta a chiarire il legame tra forza e movimento:
L'accelerazione, a sinistra, ci dice quanto qualcosa si sta muovendo. Il lato destro mostra che una forza maggiore porta a più movimento se la massa dell'oggetto è la stessa. Se viene applicata una forza specifica, questa equazione mostra anche che la quantità di accelerazione dipende dalla massa che stai cercando di spostare. Un oggetto più grande e più pesante si muove meno di un oggetto più piccolo e più leggero sottoposto alla spinta della stessa dimensione. Se dai un calcio a un pallone da calcio, questo si muoverà molto di più rispetto a un pallone da bowling con la stessa forza.