Isaac Newton (1643-1727) ha formulato tre leggi che descrivono il movimento di tutti i corpi. Sono il cuore della meccanica classica.
1ª legge: principio di inerzia
Un corpo persevera nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme finché una forza esterna non lo costringe a cambiarlo.
- Se nessuna forza agisce su un corpo (o se le forze si annullano), il corpo resta fermo o si muove a velocità costante in linea retta.
- L'inerzia è la "pigrizia" naturale dei corpi a cambiare il loro stato di moto.
Esempi
- Un disco da hockey scivola sul ghiaccio a lungo (poco attrito).
- Quando l'auto frena di colpo, tu vai in avanti (per inerzia).
- Una palla nello spazio profondo continua per sempre (no forze).
2ª legge: $F = m \cdot a$
La forza risultante su un corpo è uguale al prodotto della sua massa per la sua accelerazione.
$$\vec{F} = m \cdot \vec{a}$$
- F è la forza (in Newton, N).
- m è la massa (in kg).
- a è l'accelerazione (in m/s²).
Interpretazione
- Più la massa è grande, più forza serve per accelerare (un camion vs una bicicletta).
- Più la forza è grande, maggiore l'accelerazione.
Esempi
- Spingere un carrello del supermercato vuoto vs pieno.
- Una palla calciata forte va più veloce di una calciata piano.
3ª legge: azione-reazione
A ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria.
Quando un corpo A esercita una forza su un corpo B, B esercita su A una forza uguale in modulo e opposta in verso.
Esempi
- Tu spingi la parete con la mano → la parete spinge la tua mano (è per questo che non passi attraverso).
- Un razzo espelle gas verso il basso → il razzo viene spinto verso l'alto.
- Quando cammini, spingi la terra indietro con i piedi → la terra spinge te in avanti.
Esempio numerico
Una scatola di massa 5 kg viene spinta con una forza di 20 N. Qual è l'accelerazione (assumendo no attrito)?
$$a = \frac{F}{m} = \frac{20 \text{ N}}{5 \text{ kg}} = 4 \text{ m/s}^2$$
La scatola accelera a 4 m/s² (ogni secondo aumenta la velocità di 4 m/s).
Le forze più comuni
| Forza | Origine |
|---|---|
| Peso | Gravità terrestre (P = m · g, g ≈ 9,81 m/s²) |
| Normale | Spinta del piano su un corpo appoggiato |
| Attrito | Resistenza al moto tra superfici |
| Tensione | In una corda o cavo |
| Elastica | Da una molla (F = -k · x) |
Validità
Le leggi di Newton valgono per velocità molto minori della luce (300 000 km/s) e scale macroscopiche (no atomi). Per velocità relativistiche serve la relatività di Einstein; per atomi, la meccanica quantistica.
In pratica
Le leggi di Newton spiegano:
- Perché ci si sente schiacciati in curva (forza centripeta).
- Perché si cade dalle scale (gravità + inerzia).
- Perché un'auto ha bisogno di motore per andare ma non per fermarsi (l'attrito basta).
Sono nate 350 anni fa, ma reggono ancora tutto, dalla bicicletta ai satelliti.