Una forza è un'azione che spinge, tira, ferma o devia gli oggetti: senza forze nel mondo nulla potrebbe iniziare a muoversi, cambiare direzione o fermarsi.
Che cos'è una forza
In scienze chiamiamo forza ogni azione capace di mettere in movimento un oggetto fermo, di fermare un oggetto in movimento oppure di cambiare la sua direzione o la sua velocità. Le forze non si vedono ad occhio nudo, ma riusciamo a riconoscerle perché osserviamo i loro effetti sugli oggetti che ci circondano ogni giorno. Quando spingi il carrello della spesa, quando tiri il guinzaglio del cane oppure quando lanci un pallone, stai applicando una forza con i tuoi muscoli. Anche quando il vento piega i rami degli alberi del giardino o quando una calamita attira una graffetta, stiamo osservando forze in azione. Per misurare l'intensità delle forze gli scienziati usano uno strumento chiamato dinamometro, che funziona grazie a una molla che si allunga di più quando la forza applicata è maggiore. L'unità di misura della forza si chiama newton e prende il nome dal grande scienziato inglese Isaac Newton, che per primo studiò a fondo questi fenomeni.
Le forze hanno una direzione e un verso
Una forza non è soltanto grande o piccola: ha sempre una direzione precisa e un verso ben definito che indicano da dove parte e dove va. Per questo motivo gli scienziati rappresentano le forze disegnando delle frecce sulla carta: la lunghezza della freccia mostra quanto è intensa la forza, mentre la punta indica dove la forza sta spingendo o tirando. Pensa a quando giochi a tiro alla fune con i tuoi compagni in palestra: la tua squadra tira la corda verso sinistra, mentre l'altra squadra tira la stessa corda verso destra. Se le due forze sono uguali la corda resta ferma in mezzo, ma se una squadra spinge con più energia allora la corda si sposta verso quel lato e quella squadra vince la sfida. Un altro esempio chiaro è quello dell'altalena al parco: chi spinge applica una forza in avanti, e poi la spinta successiva deve avere la stessa direzione perché l'altalena vada sempre più in alto. Capire la direzione delle forze ci aiuta a prevedere come si muoveranno gli oggetti intorno a noi.
Forze a contatto e forze a distanza
Le forze possono essere divise in due grandi famiglie a seconda di come agiscono sugli oggetti che ci stanno intorno. Le forze a contatto sono quelle che si manifestano solo quando due oggetti si toccano, come quando dai un calcio al pallone o quando appoggi il libro sul banco di scuola. Le forze a distanza, invece, sono molto misteriose perché agiscono anche quando i corpi non si toccano, attraverso lo spazio vuoto che li separa. Un esempio classico di forza a distanza è quella delle calamite: avvicinando una calamita a una graffetta, la graffetta salta verso la calamita senza che nessuno la tocchi davvero. Anche la forza di gravità, che fa cadere a terra una mela matura dal ramo dell'albero, è una forza a distanza che la Terra esercita su tutti gli oggetti senza bisogno di toccarli. Imparare a distinguere queste due famiglie di forze ti aiuterà a capire molti fenomeni che osservi ogni giorno, dalla calamita sul frigo fino alle stelle nel cielo notturno.
La forza di gravità
La forza di gravità è una delle forze più importanti in tutto l'universo perché tiene insieme i pianeti, le stelle e ogni cosa che si trova sulla Terra. Si tratta di una forza a distanza che attira tutti i corpi verso il centro del nostro pianeta, e per questo motivo gli oggetti lasciati liberi cadono sempre verso il basso. Grazie alla gravità i nostri piedi restano ben appoggiati al pavimento, l'acqua dei fiumi scorre verso il mare e i frutti maturi cadono dagli alberi sulla terra del frutteto. Se sali su una sedia e lasci andare una gomma, vedrai che la gomma non resta sospesa nell'aria ma cade rapidamente verso il pavimento perché la Terra la sta attirando. Gli astronauti che vivono nelle stazioni spaziali, lontano dalla superficie terrestre, sentono molto meno questa forza e per questo riescono a galleggiare nell'aria come se fossero leggerissimi. Una curiosità interessante è che anche la Luna gira intorno alla Terra grazie alla forza di gravità, proprio come la Terra gira intorno al Sole.
La forza di attrito
Quando un oggetto si muove strisciando su una superficie, nasce sempre una forza speciale che si chiama attrito e che si oppone al movimento rallentandolo. L'attrito dipende molto da come sono fatte le superfici che si toccano: superfici ruvide come l'asfalto o il legno producono molto attrito, mentre superfici lisce come il ghiaccio o il marmo lucido ne producono pochissimo. Ecco perché in inverno è facile scivolare sulla strada ghiacciata davanti a casa, mentre invece è molto difficile far scivolare uno zaino sul tappeto del soggiorno. L'attrito non è sempre un fastidio: anzi, senza attrito non potremmo camminare perché i nostri piedi scivolerebbero indietro a ogni passo. Anche i freni della bicicletta funzionano proprio grazie all'attrito che si crea tra le pastiglie di gomma e i cerchioni di metallo della ruota. Quando ti accorgi che strofinando le mani d'inverno si scaldano un po', stai sentendo proprio gli effetti dell'attrito che trasforma il movimento in calore.
Il movimento e la velocità
Un oggetto si muove quando, con il passare del tempo, cambia la sua posizione rispetto ad altri oggetti che restano fermi e che usiamo come punti di riferimento. La velocità è una grandezza che ci dice quanto spazio percorre un oggetto in un certo intervallo di tempo, ad esempio quanti metri al secondo o quanti chilometri all'ora. Una lumaca che attraversa il sentiero del giardino è molto lenta perché percorre solo pochi centimetri in un minuto intero, mentre un'automobile in autostrada è veloce perché percorre più di cento chilometri in un'ora soltanto. Il movimento può essere rettilineo, quando l'oggetto va dritto come un treno sui binari, oppure curvilineo, come quando una pallina rotola dentro una ciotola seguendo una traiettoria curva. Esistono anche movimenti circolari, come quello delle lancette dell'orologio in cucina o delle ruote della bicicletta mentre pedali verso scuola. Quando una forza agisce su un oggetto, può farlo partire da fermo, accelerare se è già in movimento, rallentare fino a fermarsi oppure cambiare la direzione del suo viaggio.
Le forze in equilibrio
Molto spesso su uno stesso oggetto agiscono più forze contemporaneamente, e il risultato finale dipende da come queste forze si combinano fra loro. Quando due forze uguali agiscono sullo stesso oggetto ma in versi opposti, esse si annullano a vicenda e si dice che l'oggetto si trova in equilibrio. È quello che succede a un libro appoggiato sul tavolo: la gravità lo tira verso il basso, ma il tavolo lo spinge verso l'alto con la stessa forza, così il libro resta perfettamente fermo. Anche un lampadario che pende dal soffitto è in equilibrio, perché la forza di gravità che lo tira giù è bilanciata dalla forza della catena che lo sostiene verso l'alto. Quando invece le forze non sono in equilibrio, vince quella più intensa e l'oggetto comincia a muoversi nella sua direzione. Per esempio, se spingi un carrello con una forza maggiore dell'attrito che lo frena, il carrello accelera in avanti seguendo la tua spinta.
Ricorda
- Una forza è un'azione che mette in moto, ferma, devia o cambia la velocità di un oggetto.
- Le forze hanno intensità, direzione e verso, e si misurano con il dinamometro in newton.
- Esistono forze a contatto (spinta, tiro) e forze a distanza (gravità, forza magnetica).
- La gravità attira tutti gli oggetti verso il centro della Terra.
- L'attrito si oppone al movimento e dipende dalle superfici che si toccano.
- Quando le forze applicate a un oggetto si bilanciano, l'oggetto resta in equilibrio.
Piccola verifica sul quaderno: osserva la tua cameretta e individua tre oggetti che in questo momento sono fermi in equilibrio. Per ciascuno, disegna l'oggetto e poi disegna due frecce di colore diverso: una freccia rossa che mostra la forza di gravità che lo tira verso il basso e una freccia verde che mostra la forza che lo sostiene. Infine scrivi sotto al disegno una frase che spieghi perché quell'oggetto non cade.