Problema forza apparente

[cesarelia]

ok... parliamo dinamicamente. Questo signore afferra la ringjiera di una pedana rotante
centrif.jpg
Per quale di questi due motivi si tiene forte alla ringhiera?
1) non accetta l'idea di allontanarsi (solo azione attiva, centripeta)
oppure
2) sta subendo una forza (azione passiva, centrifuga) e deve contrastarla (azione attiva, centripeta)

Ma poi... chiediamoci che ci faceva attaccato a quella ringhiera:
1) stava "viaggiando" a velocità uniforme per i fatti suoi, con traiettoria tangenziale alla pedana, quando ha visto sulla pedana una bella ragazza e "al volo" si è aggrappato (solo azione attiva, centripeta);
oppure
2) stava sulla pedana inizialmente ferma e lui invece di starsene al centro è andato ai bordi; cosa stupida perché la pedana ha accelerato, e ha impartito una accelerazione anche sull'uomo, con uno stratagemma malefico, ovvero l'attrito sotto le sue scarpe, che agiva in modo tangenziale; ma chissà perché, anche se l'attrito era tangenziale, e ne sentiva la pressione dentro le sue scarpe, sembrava che il risultato fosse una crescita di una misteriosa forza radiale (azione passiva, centrifuga).

Senza attriti osserveremmo meglio il mondo che ci circonda (ma sono fondamentali per la vita).

stai facendo un esempio di Coriolis, che è una forza fittizia, anzi non è nemmeno una forza in quanto è un effetto, infatti si chiama "effetto Coriolis"

Anche la forza centrifuga è una forza fittizia, potremmo benissimo chiamarlo "effetto centrifugo"

[Albertus]

Abbiamo capito che esiste la cinematica, è inutile ripeterlo fino allo sfinimento, come ho detto stiamo affrontando il problema dal punto di vista della dinamica, ovvero delle cause, a prescindere dai sistemi di riferimento, spero di non doverlo ripetere ancora, grazie.

per dinamica intendi il moto di un corpo prodotto dalle forze che agiscono su di esso ?
In tal caso
la velocità è una grandezza relativa nel senso che dipende anche dall'osservatore oltre che dall'oggetto in movimento
due osservatori possono descrivere due moti diversi dello stesso oggetto e quindi giungere a considerazioni dinamiche diverse
nel mio esempio
per l'osservatore esterno alla terra il pallone si muove in moto rettilineo uniforme
quindi in base alla prima legge della dinamica non è soggetto a nessuna forza
per l'osservatore terrestre il pallone si muove in moto radiale accelerato
quindi in base alla seconda legge della dinamica esiste una forza centrifuga
spero che adesso il concetto ti sia chiaro

[Albertus]

cesarelia

capisco che in un sito di non specialisti non si può essere troppo tecnici
tu questi concetti sicuramente li capisci come si evince dai tuoi precedenti post tuttavia questo tipo di spiegazioni "descrittive" , a mio avviso, possono generare confusione
pe questo motivo sono piuttosto scettico sui libri scientifici divulgativi che tendono di spiegare fenomeni complessi con esempi, a volte, veramente insulsi
nel tuo esempio
Cosa succede se l'uomo stacca le mani dalla ringhiera ?
L'uomo si muove in avanti tangenzialmente al disco (trascurando l'attrito dei piedi)
la distanza dell'uomo dal centro di rotazione del disco aumenta
quindi l'uomo si muove verso l'esterno in moto accelerato
quindi, secondo l'uomo stesso e secondo qualunque altro osservatore in rotazione col disco, l'uomo è soggetto ad una accelerazione radiale che implica l'esistenza di una forza centrifuga
Un osservatore esterno al disco darebbe una spiegazione diversa dello stesso fenomeno in quanto descriverebbe un tipo di moto diverso
Secondo l'osservatore esterno ,l'uomo si muove in avanti in moto rettilineo uniforme, mentre il disco ruota sotto i suoi piedi, quindi l'uomo non è soggetto a nessuna forza

[astrotrouble]

Per quale di questi due motivi si tiene forte alla ringhiera?
1) non accetta l'idea di allontanarsi (solo azione attiva, centripeta)
oppure
2) sta subendo una forza (azione passiva, centrifuga) e deve contrastarla (azione attiva, centripeta)

Il semplice fatto di tenersi attaccato alla ringhiera questo rappresenta la forza centripeta per l'omino, e di conseguenza il suo moto inerziale contrasta continuamente la forza centripeta, generando la forza centrifuga.

Ma poi... chiediamoci che ci faceva attaccato a quella ringhiera:
1) stava "viaggiando" a velocità uniforme per i fatti suoi, con traiettoria tangenziale alla pedana, quando ha visto sulla pedana una bella ragazza e "al volo" si è aggrappato (solo azione attiva, centripeta);
oppure
2) stava sulla pedana inizialmente ferma e lui invece di starsene al centro è andato ai bordi; cosa stupida perché la pedana ha accelerato, e ha impartito una accelerazione anche sull'uomo, con uno stratagemma malefico, ovvero l'attrito sotto le sue scarpe, che agiva in modo tangenziale; ma chissà perché, anche se l'attrito era tangenziale, e ne sentiva la pressione dentro le sue scarpe, sembrava che il risultato fosse una crescita di una misteriosa forza radiale (azione passiva, centrifuga).

Ecco, è qui che abbiamo la parte apparente della forza centrifuga, il fatto che l'omino si sposta verso l'esterno della pedana, perchè togliendo qualsiasi attrito (l'attrito e la pressione dentro le sue scarpe, rappresentano proprio la forza centripeta), vediamo l'omino spostarsi verso l'esterno della pedana per una forza apparente che non esiste.
Ma una volta che l'omino si aggrappa alla ringhiera, per lui si innesca la forza centripeta, e contemporaneamente, la sua inerzia contrasta questa forza come avviene con le forze vincolari, allora abbiamo una forza uguale e contraria che è proprio la forza centrifuga reale.

Senza attriti osserveremmo meglio il mondo che ci circonda (ma sono fondamentali per la vita).

Non esiste una realtà senza attriti, a meno di andare nello spazio cosmico profondo, ma anche in quel caso dubito che esista il vuoto assoluto, quindi in tal caso osserveremmo solo un mondo IDEALE.

Anche la forza centrifuga è una forza fittizia, potremmo benissimo chiamarlo "effetto centrifugo"

Certo ma solo se l'omino non si aggrappa o non subisce l'attrito, e come ho detto è un caso ideale, non reale.


Comunque ci eravamo quasi arrivati, con questa afermazione:

All'equatore non "pesiamo" meno, è la bilancia che segna meno: la bilancia non misura veramente il peso, ma misura la reazione vincolare, cioè il contrasto elettromagnetico con cui il pavimento si oppone al peso.
Questa azione di contrasto è minore all'equatore perché già noi tendiamo "naturalmente" a sfuggire alla gravità perché all'equatore siamo "sparati" a 1600kmh mentre ai poli stiamo praticamente fermi.

Mi basta solo capire perchè all'equatore la reazione vincolare è minore per il semplice fatto che viaggiamo a 1600kmh, per quale ragione? anche il suolo viaggia a 1600kmh, perché la velocità dovrebbe far diminuire questo effetto? L'unica cosa che mi viene in mente è l'inerzia che contrasta l'azione vincolare innescata dalla gravità, ergo una forza centrifuga vera e propria.

[Albertus]

a costa di ripetermi fino alla nausea
la rotazione della terra genera , dal punto di vista di un osservatore solidale con la terra, un'accelerazione (non una forza ) radiale diretta verso l'esterno
Questa accelerazione si può calcolare e vale a = v^2 / r
v = 1600 km/h r = 6356 km ergo a = 0.031 m/sec^2
L'accelerazione di gravità (non la forza di gravità ) all'equatore vale g = 9.789 m/sec^2
quindi una massa di 1 kg pesa all'equatore :

P = 1*(9.789 -0.031) = 9.758 newton

ai poli l'accelerazione di gravità vale g = 9.823 m/sec^ a causa dello schiacciamento dei poli, mentre l'accelerazione ( non la forza ) centrifuga è nulla
quindi ai poli 1 kg di massa pesa

P = 9.823 newton

la differenza di peso è circa quasi del 2 %

[Mulder]

all'equatore pesiamo meno

Adesso só dove andare a fare la dieta costume che dia qualche risultato...

Secondo l'osservatore esterno ,l'uomo si muove in avanti in moto rettilineo uniforme, mentre il disco ruota sotto i suoi piedi

Relativisticamente parlando, una vocina mi dice che un qualcosa del genere succeda sia a livello di moti planetari nei sistemi solari che moti stellari galattici... Massa che si muove e spazio che curva sotto/attorno essa.

[cesarelia]

infatti si era già detto che in RG la gravità può essere vista come forza fittizia

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[cesarelia]

allora abbiamo una forza uguale e contraria che è proprio la forza centrifuga reale.

Già precedentemente avevo fatto notare che succede solo nei casi (ideali) di moto perfettamente circolare e uniforme. Nei moti ellittici, parabolici o iperbolici non avviene.

Mi basta solo capire perchè all'equatore la reazione vincolare è minore per il semplice fatto che viaggiamo a 1600kmh, per quale ragione? anche il suolo viaggia a 1600kmh, perché la velocità dovrebbe far diminuire questo effetto? L'unica cosa che mi viene in mente è l'inerzia che contrasta l'azione vincolare innescata dalla gravità, ergo una forza centrifuga vera e propria.

Non posso darti torto: da un certo punto di vista (il sistema non inerziale) la forza centrifuga è esattamente l'inerzia: nel sistema rotante non la vedi per quello che è, cioè un'inerzia, ma per quello che appare, una forza centrifuga. L'inesattezza nel tuo discorso è solo che non contrasta l'azione vincolare, ma gli deve essere sommata; o meglio, per essere più precisi, è l'azione vincolare che equilibrerà in modo preciso la risultante tra forza [peso+centrifuga], in modo da non farci né volare né sprofondare nel terreno.

Ma invece è più bello ed elegante (e soprattutto più semplice per molti calcoli fisici) vedere la realtà con occhi inerziali, e vorrei provare a mostrartelo con questa reinterpretazione dell'effetto "dimagrimento all'equatore".

I nostri piedi calpestano il suolo con una forza F1, misurata dalla bilancia, che come abbiamo detto è minore del nostro peso. Una bilancia posta tra noi e il suolo misura in modo puro e semplice questa intensità, mediante l'accorciamento di una semplice molla (supposta con buona approssimazione priva di massa).

Poi una forza F2 (di intensità identica) ci spinge verso l'alto e impedisce il nostro sprofondamento nel terreno.

Questo dato di fatto si verifica solo invocando il terzo principio (F1=-F2) e a prescindere dalla velocità del suolo sotto di noi.

Se F2 + il nostro peso creano quella risultante centripeta che genera la nostra traiettoria di rotazione, non è affar nostro sapere quali forze agiscono sul suolo o a quale velocità esso si muova sotto i nostri piedi. L'unica cosa che conta veramente è sapere a quale velocità ruotiamo noi rispetto ad un sistema "fisso" (inerziale).

Faccio un esempio. Dopo essermi pesato al polo Nord, vado all'equatore e salgo su un treno che viaggia a 1600kmh in direzione opposta alla rotazione terrestre: la bilancia sul treno segnerà gli stessi chili che registravo al polo.

Sperando di aver chiarito un po' le idee, proviamo a toglierci un ulteriore sfizio, considerando cosa avviene al suolo mentre ci pesiamo da fermi all'Equatore.
Il suolo viaggia come noi a 1600kmh, ma è soggetto ad alcune forze radiali: la sua stessa forza peso + la forza di contatto con i nostri piedi (come abbiamo visto è minore del nostro peso) + la forza con cui gli strati sottostanti sorreggono quello strato di superficie terrestre. Quest'ultima forza ha certamente intensità minore delle prime due, perché una risultante centripeta non nulla di tutte le forze deve assicurare la continuità del moto rotatorio.

Riflettendoci bene, la rotazione produce un effetto domino esponenziale, per il quale gli strati più profondi (vicino all'asse di rotazione) devono "sorreggere meno" gli strati immediatamente superiori, e così via fino agli strati più superficiali. Ogni strato inferiore è dispensato dal dover compensare (="sorreggere", "annullare") tutta la forza peso del successivo strato: una piccola percentuale non deve essere compensata perché è necessaria a garantire il moto rotatorio.

È una probabile spiegazione dello schiacciamento ai Poli e della differenza di diametro tra Equatore e meridiani. Nulla vieta di vedere questi come effetti della "forza centrifuga", ma guai a confonderla con la reazione vincolare, che spesso ha la stessa direzione e lo stesso verso, ma si comporta in modo opposto perché, come abbiamo visto, una rotazione determina una diminuzione della reazione vincolare (mentre la forza centrifuga aumenta); e la differenza di comportamento si accentua sempre più allontanandosi dall'asse di rotazione.

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[astrotrouble]

@cesarelia
mi sembra che ci stai girando attorno, senza affrontare il problema, anzi sembra che lo vuoi evitare come la peste.

La domanda è semplice: perchè la reazione vincolare diminuisce in funzione della velocità?
non mi puoi rispondere che se prendiamo un treno a velocità uguale e contraria annulliamo quell'effetto, grazie è ovvio che è così, chi ha mai detto il contrario, io voglio sapere semplicemente il perchè la reazione vincolare diminuisce all'aumentare della velocità.

Dopodiché sono pronto a dire che la forza centrifuga non esiste.

Detto questo, se l'inerzia può essere vista come una forza centrifuga, allora non puoi dire che è così solo dal punto di vista di un sistema NON inerziale, in quanto l'inerzia esiste a prescindere dal sistema di riferimento. Al massimo mi puoi dire che l'inerzia non è una forza, ma anche questa affermazione andrebbe contro il terzo principio della dinamica.

Davvero, la cosa mi interessa e mi incuriosisce molto e non vorrei concludere questo discorso con una spiegazione vaga solo perchè la scienza dice così, grazie.

[Albertus]

cesarelia

secondo me ti stai avvitando in discussioni pericolose
partiamo dai fondamenti

Domanda : Cos'è una forza ?

In fisica la forza è un grandezza derivata
Sono state stabilite per convenzione le unità di misura di :

spazio (metro), tempo (secondo), massa(kg)

l'unità di misura "derivata" di forza (newton) è la forza che applicata ad una massa di 1 kg produce un accelerazione di 1 mt/sec^2

partiamo allora dal concetto di accelerazione e dal concetto di osservatore

un osservatore vede un oggetto in moto accelerato

Domanda : Sull'oggetto è applicata una forza ?
negativo
Solo nel caso di osservatore inerziale
se l'osservatore è inerziale ad ogni accelerazione corrisponde un iterazione fisica tra l'oggetto accelerato e il mondo fisico

se l'osservatore non è inerziale il moto accelerato dell'oggetto potrebbe essere dovuto allo stato di moto dell'osservatore stesso senza che sull'oggetto agisca alcuna azione fisica da parte del mondo esterno

al fine di rendere gli osservatori inerziali e non inerziali in qualche modo equivalenti si usa l'artificio di considerare forze il prodotto della massa per l'accelerazione
queste forze vengono chiamate fittizie o apparenti in quanto non sono il risultato di interazioni fisiche col mondo esterno ma sono la conseguenza dello stato di moto dell'osservatore stesso

passando dalla teoria al quotidiano

Un uomo su una giostra è soggetto ad un accelerazione radiale non ad una forza
Tuttavia l'effetto (la sensazione) causata da tale accelerazione è equivalente a quello di subire una spinta (forza reale) continua verso l'esterno

allo stesso modo un corpo sull'equatore è soggetto anche ad un accelerazione centrifuga che si sottrae all'accelerazione gravitazionale
Questa accelerazione si può calcolare tenendo conto solo della velocità di rotazione della terra senza tirare in ballo nessuna forza , reale o fittizia che sia
in altre parole l'accelerazione centrifuga ( non la forza) è dovuta la fatto che noi terrestri siamo osservatori non inerziali in quanto siamo in moto rotatorio
il peso e la conseguente reazione vincolare è il prodotto della massa per la differenza di accelerazioni

tutti i 100 + post nascono dalla confusione di chi, non avendo una base scientifica, mischia continuamente termini scientifici con termini di uso quotidiano
seguirlo su questa strada vuol dire aggiungere confusione alla confusione