Le leggi di Newton

Le leggi di Newton, note anche come principi della Dinamica, sono degli Assiomi che determinano il moto dei corpi.
Questi principi sono validi però in un sistema di riferimento inerziale e con velocità non relativistiche (lontane dalla velocità della luce).
Sebbene queste non possano darci un quadro su come funziona l’infinitamente piccolo, esse spiegano la maggior parte dei fenomeni che regolano l’universo, dal moto di galassie, stelle e pianeti alla propulsione di un razzo fino al movimento di una singola molecola di ossigeno.

1) Principio di Inerzia

Ogni corpo, mantiene il proprio stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, fin tanto che su di esso non agisce una forza esterna.

Cosa vuol dire tutto ciò? Innanzitutto definiamo “quiete” e “moto rettilineo uniforme”. Un corpo di dice in quiete quando la sua velocità rispetto al punto di rifermento è pari a 0. In parole povere un corpo è in quiete quando non si sposta. Invece un corpo è in moto rettilineo uniforme quando la sua velocità è costante, dunque non accelera ne rallenta ne cambia direzione o verso. In altre parole se una sfera si trova ferma su un piano, lo resterà fino a quando una forza che agisce dall’esterno perturberà il suo stato di quiete. Lo stesso vale se la sfera rotola sul piano con velocità costante.

Nella vita reale, lo stato di moto rettilineo uniforme non viene mantenuto. Perché?

Per esempio se voglio far mantenere ad un automobile una velocità costante, sarò costretto a continuare ad accelerare, poiché l’auto tende a fermarsi. Tutto questo accade perché, sebbene non ce ne accorgiamo, sull’auto agisce una forza esterna: quella d’attrito che si oppone al moto, facendo rallentare ogni oggetto che la subisce.

2) Principio di Proporzionalità

L’accelerazione di un corpo è direttamente proporzionale alla forza risultante che agisce su di esso e inversamente proporzionale alla sua messa.

Analizziamo l’assioma. L’accelerazione, dunque la variazione di velocità, aumenta con l’aumentare della forza risultante. Dunque se agisce più di una forza su di esso, la risultante, sarà la loro somma vettoriale. L’accelerazione è anche inversamente proporzionale alla massa ossia a parità di forza, un oggetto con più massa accelererà di meno rispetto ad uno più leggero.

Da questo principio, ricavato sperimentalmente, si enuncia la formula

F=ma

Dove F è il vettore forza, m è la massa e a è il vettore accelerazione. Analizzando grandezze coinvolte nell’equazione, abbiamo che la forza si misura in kg (massa) moltiplicata per  m/s² (accelerazione). Da ciò si ricava una nuova grandezza derivata: il Newton, con il simbolo N.

1N è la forza necessaria per accelerare di 1m/s²  un corpo da 1kg di massa.

3) Principio di Azione Reazione

Ogni corpo A che esercita una forza su un corpo B, subisce una forza esercitata da B uguale in modulo e direzione ma con verso opposto.

Molti lo conoscono anche come “ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e opposta”.

F_A→B = – F_B→A
Proviamo a fare un piccolo esempio.
Prendiamo un libro poggiato su un tavolo. Su di esso agisce la forza peso. Tuttavia questo non si sposta, perché come enunciato nel secondo principio, l’accelerazione è direttamente proporzionale alla forza risultante. Ciò significa che la somma delle forze che agisce sul libro dovrà essere pari a 0. Di conseguenza dovrà esserci una forza che si oppone alla forza peso e questa forza viene esercitata dal tavolo sul libro. Questa forza è chiamata forza normale.
Per lo stesso motivo se diamo un pugno al muro, invece di trapassarlo, subiremo una forza uguale e opposta che ci provocherà dolore alle nocche.
Il terzo principio di Newton è quello che permette anche ad aerei e razzi di volare nel cielo.