mercoledì 30 marzo 2011

Una forza del tutto... apparente!

Partiamo dalla definizione generale di forza apparente data da Wikipedia:
"In fisica, una forza apparente è una forza che un osservatore solidale con un sistema di riferimento non inerziale vede come agente, al pari delle altre forze (forze reali), ma che non deriva da alcuna interazione fisica diretta: essa trae origine dall'accelerazione del sistema di riferimento considerato".
Nota: un riferimento non è inerziale se ruota o accelera rispetto ad un sistema inerziale (vedi il post "Cos'è un Sistema di Riferimento Inerziale?").

L'esempio classico di una forza apparente (cioè non generata direttamente dall'interazione con altri corpi) è quello della forza centrifuga; ricordiamo infatti che "la forza centrifuga è una forza che appare agire su di un corpo che si muove di moto circolare, quando tale moto viene analizzato in un sistema di riferimento ad esso solidale e, quindi, in un sistema di riferimento non inerziale" (vedi Wikipedia).

Esaminiamo infatti le forze che agiscono su un corpo in moto circolare da due diversi sistemi di riferimento:
-> Riferimento inerziale: rispetto a questo sistema l'osservatore vede il corpo in moto circolare e quindi presume che sullo stesso agisca una forza centripeta (poiché se non agisse nessuna forza il corpo continuerebbe a muoversi di moto rettilineo uniforme per la prima legge di Newton);
-> Riferimento non inerziale: il sistema ora è quello solidale al corpo in moto circolare e quindi, oltre alla forza centripeta (che giustifica il moto circolare del corpo rispetto ad un sistema inerziale), l'osservatore dovrà introdurre anche una forza centrifuga uguale ed opposta per giustificare il fatto che il corpo si trova in quiete rispetto al proprio riferimento.
Nota: è sempre possibile rilevare il moto non inerziale di un riferimento, anche dal suo interno, verificando che la legge di Newton non è più valida. 

Da questo esempio si evince come la forza centripeta sia in effetti una forza reale (che produce effetti in entrambi i sistemi di riferimento) mentre quella centrifuga sia apparente proprio perché dovuta esclusivamente al sistema di riferimento non inerziale nel quale si trova l'osservatore.

Ciò significa, in generale, che se vogliamo continuare ad usare le leggi di Newton dobbiamo per forza giustificare con una forza apparente lo stato di quiete (o di moto apparente) quando ci troviamo in un riferimento non inerziale*.

Si osservi inoltre che i due osservatori possono sempre stabilire se sono in moto inerziale o accelerato (anche se in pratica non è così semplice, vedi il post "Cos'è un Sistema di Riferimento Inerziale?") e quindi se sono soggetti a forze apparenti oppure reali.

(*) Ad esempio "nell'analisi di ogni sistema fisico situato sulla Terra, sarà necessario prevedere l'esistenza di due forze apparenti, la forza di Coriolis e la forza centrifuga" se vogliamo descrivere lo stato di moto del sistema in quel riferimento (vedi Wikipedia).
(Vedi il post "Coriolis e le coordinate Polari!" per la derivazione formale di queste due forze apparenti).

Nessun commento:

Posta un commento