Giuseppe deve spostare una cassetta di plastica
Categoria: FISICA | FORZE | FORZA ATTRITO
Testo del quesito
Giuseppe deve spostare una cassetta di plastica piene di angurie di peso totale 350 N. La spinge con una forza orizzontale su un pavimento di cemento. Il coefficiente di attrito statico tra plastica e cemento è 0,70, mentre il coefficiente di attrito dinamico è 0,30. Calcola la forza massima necessaria a mettere in moto la cassetta. Calcola la forza minima che Giuseppe deve esercitare per mantenere in movimento la cassetta. Mentre la cassa si muove, Marta agigunge un’anguria che pesa 78 N. Di quanto deve aumentare la forza esercitata da Giuseppe perché la cassetta non si fermi?
Introduzione all'Argomento
1) Forze
Le forze occupano una posizione particolarmente rilevante nella fisica, in quanto fungono da tramite tra la matematica e il mondo fisico che ci circonda. Esse non solo catalizzano il cambiamento, modellando il dinamismo e la struttura delle particelle, ma incarnano anche il fulcro attraverso il quale si snodano interazioni fondamentali, dall’attrazione gravitazionale alla forza elettromagnetica. Nello studio delle forze ci imbattiamo in concetti di causa ed effetto, azione e reazione, esplorando le leggi che governano il moto e studiando i meccanismi invisibili che regolano le particelle.
2) Forza attrito
In questa lezione, ci addentreremo nel fenomeno della forza d’attrito, un aspetto quotidiano che sperimentiamo ogni volta che muoviamo oggetti su una superficie. La forza d’attrito è quella forza che si oppone al movimento relativo tra due superfici a contatto, come ad esempio una slitta che scivola lungo una collina o una tazza che viene spinta sul tavolo. La sua origine risiede nelle microscopiche irregolarità presenti sulle superfici, che tendono a “agganciarsi” l’una all’altra, ostacolando il movimento. Distinguiamo principalmente tre tipi di attrito: l’attrito statico, dinamico e viscoso.
Risoluzione – Giuseppe deve spostare una cassetta di plastica
Concetti chiave:
1. Forza: Una grandezza vettoriale caratterizzata da modulo, direzione e verso.
2. Forza Peso: \( F_{p} = mg \) dove \( m \) è la massa e \( g \) è l’accelerazione di gravità.
3. Forza di Attrito: \( F_{att} = \mu F_{\perp} \) dove \( \mu \) è il coefficiente di attrito e \( F_{\perp} \) è la forza perpendicolare alla superficie.
4. Forza Perpendicolare: \( F_{\perp} \) è la somma delle componenti delle forze lungo l’asse y.
Dati dell’esercizio:
– Peso totale delle angurie: \( F_{p} = 350 \) N
– Coefficiente di attrito statico: \( \mu_{s} = 0,70 \)
– Coefficiente di attrito dinamico: \( \mu_{d} = 0,30 \)
– Peso dell’anguria aggiunta: \( F_{anguria} = 78 \) N
– Accelerazione di gravità: \( g = 9,81 \) \( \frac{N}{kg} \)
Risoluzione:
1. Calcolo della Forza di Attrito Statico:
La forza di attrito statico è la forza massima che si oppone al movimento iniziale di un corpo. Si calcola come:
\[ F_{att_{s}} = \mu_{s} F_{\perp} \]
Dove \( F_{\perp} \) è la forza perpendicolare alla superficie, che in questo caso è uguale al peso delle angurie, poiché non ci sono altre forze verticali in gioco:
\[ F_{\perp} = F_{p} \]
Utilizzando i dati forniti:
\[ F_{att_{s}} = 0,70 \times 350 = 245 \] N
2. Calcolo della Forza di Attrito Dinamico:
La forza di attrito dinamico è la forza che si oppone al movimento di un corpo già in movimento. Si calcola come:
\[ F_{att_{d}} = \mu_{d} F_{\perp} \]
Utilizzando i dati forniti:
\[ F_{att_{d}} = 0,30 \times 350 = 105 \] N
3. Calcolo dell’Aumento della Forza di Attrito Dovuto all’Aggiunta dell’Anguria:
Quando viene aggiunta un’anguria, la forza perpendicolare aumenta di \( F_{anguria} \). L’aumento della forza di attrito dinamico è quindi:
\[ \Delta F_{att_{d}} = \mu_{d} F_{anguria} \]
Utilizzando i dati forniti:
\[ \Delta F_{att_{d}} = 0,30 \times 78 = 23,4 \] N
Spiegazione:
1. Forza di Attrito Statico (245 N): Questa è la forza massima che Giuseppe deve esercitare per iniziare a muovere la cassetta. Se applica una forza minore di 245 N, la cassetta non si muoverà a causa dell’attrito statico. Se applica una forza maggiore di 245 N, la cassetta inizierà a muoversi.
2. Forza di Attrito Dinamico (105 N): Una volta che la cassetta è in movimento, l’attrito che si oppone al suo movimento è l’attrito dinamico. Giuseppe deve esercitare almeno una forza di 105 N per mantenere la cassetta in movimento. Se applica una forza minore, la cassetta si fermerà a causa dell’attrito dinamico.
3. Aumento della Forza di Attrito Dovuto all’Aggiunta dell’Anguria (23,4 N): Quando Marta aggiunge un’anguria alla cassetta, la forza di attrito dinamico aumenta di 23,4 N. Ciò significa che Giuseppe deve aumentare la sua forza di almeno 23,4 N per mantenere la cassetta in movimento alla stessa velocità.
