Ci sono inifinite manifestazioni di forza in natura, ma due sono particolarmente importanti:
Forza peso: la forza con cui la terra attira a sè i corpi;
Forza elastica: la forza esercitata da un molla quando viene allungata o accorciata.
Un'altra forza importante ma che vedremo solamente negli esercizi è la tensione.
La forza di gravità è una forza attrattiva tra due masse. Per il momento ci basta sapere che la Terra attira ogni corpo del pianeta con accelerazione g.
Usiamo la seconda legge della dinamica:
Come abbiamo imparato nel capitolo caduta libera e lancio verticale, l'accelerazione di gravità non è costante, ma dipende da:
posizione sulla Terra (ai poli è un po' più elevata rispetto all'equatore);
la distanza dal centro della Terra (con l'altezza l' accelerazione gravitazionale diminuisce);
Composizione del suolo (minerali pesanti aumentano l'accelerazione di gravità).
Possiamo approssimare a seconda dei dati del problema, il valore di g, ossia:
I risultato è che il corpo cade verso il suolo. Il corpo non cade a terra se è in equilibrio.
La forza peso si ottiene utilizzando il secondo principio della dinamica, avendo la massa nota e con accelerazione di caduta libera.
Prendiamo una molla elastica e tiriamola come mostrato in figura 2, a sinistra:
La molla si estende finchè la somma delle forze interne della molla è pari a zero. Poi l'espansione si arresta e la forza della molla uguale alla forza con cui stiamo tirando:
L'equilibrio è raggiunto dopo una dilatazione . Notiamo che più allunghiamo la molla, più la forza con cui la molla tira aumenta, cioè:
L'allungamento dipende anche dalla durezza della molla: le molle più morbide a parità di allungamento fanno meno forza. Il fattore di proporzionalità tra la forza e l'allungamento è contrassegnati con k e viene detto costante elastica. L'equazione senza indici:
L'equazione scritta si chiama legge di Hooke. Possiamo esplicitare k:
Da cui deduciamo l'unità di misura: N/m.
La forza esercitata dal cavo elastico o una molla è uguale alla forza con cui la molla resiste alla forza esterna che vuole allungarla. La legge di Hooke è:
dove k è il coefficiente elastico.
C'è un'applicazione notevole della legge di Hooke: il dinamometro
Il dinamometro è composto da una molla con una scala graduata, per cui conoscendo la costante elastica, allungando la molla viene indicata sulla scala graduata il valore della forza.