Unità 9 LE FORZE, L’EQUILIBRIO E LE LEVE

1 Che cos’è l’equilibrio?

Quando un corpo è in equilibrio? 
Che cosa studia la statica? 
Che cos’è il baricentro? 


Sappiamo che sulla Terra tutti i corpi sono soggetti alla forza di gravità che li attira verso il centro del Pianeta. La forza-peso, quindi, fa sì che ogni corpo tenda a cadere verso il basso. Quando, però, un corpo poggia su una superficie, come un piatto su un tavolo, qualcosa ne impedisce la caduta.
Secondo il principio di azione e reazione le forze si manifestano sempre a due a due: anche nel caso del piatto sul tavolo esiste infatti un’altra forza coinvolta. Alla forza-peso, diretta verso il basso e che agisce sul tavolo, reagisce la forza esercitata dalla superficie del tavolo sul piatto, detta forza vincolare, o reazione vincolare, che ha uguale intensità, uguale direzione e verso opposto rispetto alla forza-peso. Le due forze, uguali e contrarie, hanno risultante nulla, perciò il piatto resta fermo. Un corpo fermo è quindi detto in equilibrio quando la risultante di tutte le forze che agiscono su di esso è nulla. A loro volta, forze la cui risultante è nulla sono anch’esse definite in equilibrio. Le forze che tengono in equilibrio un corpo possono essere più di due. Per esempio, quando stai per lanciare un sasso con la fionda e tendi gli elastici, il sasso è in equilibrio. Su di esso agiscono tre forze: la forza muscolare esercitata da te e le due forze elastiche esercitate dai due elastici tesi (1). La risultante di queste tre forze è nulla. Quando lasci il sasso, le due forze elastiche, non più controbilanciate dalla tua forza muscolare, gli imprimono un movimento scagliandolo lontano.
Le condizioni di equilibrio dei corpi possono quindi coinvolgere molte forze e diverse variabili: il ramo della fisica che studia questo insieme di fenomeni si chiama statica.

IL BARICENTRO

I corpi si trovano spesso in equilibrio, ma non tutti hanno la stessa stabilità. Basta urtare inavvertitamente un bicchiere a calice con una base stretta per rovesciarlo; se il bicchiere ha una base larga, invece, è meno probabile che ciò accada. La ragione di questa differenza sta nel modo con cui la forza-peso agisce sui corpi.

La forza-peso agisce su ciascun punto del corpo, cioè su tutte le particelle che lo compongono: sommando le forze-peso di tutte le particelle si ottiene come risultante la forza-peso complessiva del corpo (2). Questa forza ha un preciso punto di applicazione, chiamato baricentro: sotto l’azione dell’attrazione gravitazionale, ogni corpo si comporta come se tutto il suo peso fosse concentrato nel baricentro.
Nei corpi omogenei (cioè costituiti interamente dallo stesso materiale) con forma geometrica regolare, il baricentro coincide con il centro geometrico, cioè con il punto di incontro degli assi di simmetria. Il baricentro di una sfera di ferro, per esempio, coincide con il centro della sfera; quello di un parallelepipedo di legno con il punto d’incontro delle diagonali (3). Il baricentro di un oggetto può anche non fare parte del suo corpo: quello di un anello è posto in mezzo al foro, in corrispondenza del suo centro geometrico (4).
Per trovare il baricentro dei corpi di forma irregolare si ricorre invece a un metodo sperimentale piuttosto semplice. Si sospende il corpo tramite un filo che passa per un punto qualsiasi e si traccia sul corpo il segmento della retta che passa da quel punto ed è perpendicolare a terra. Quindi si sospende il corpo per un altro punto e si ripete la stessa operazione. Il punto di incontro dei due segmenti individua il baricentro dell’oggetto (5).
Nello studio della statica è molto importante la posizione del baricentro di un corpo, perché è il fattore che ne determina la stabilità.

Scienze evviva! - volume A
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