Problema forza apparente

[cesarelia]

@cesarelia
continuo a sostenere fermamente che la forza apparente coincide con un forza inerziale (azione-reazione) se vista dall'osservatore inerziale, proprio perché è impossibile eliminare completamente ogni contatto fisico all'interno dell'autobus (attriti, appoggi, cuscini, ecc..).
Quindi posso essere completamente d'accordo con Claudio Cereda

mmm... turik in fisica gli attriti e le forze vincolari possono essere sempre inseriti in qualsiasi sistema di riferimento a prescindere se inerziale o no. E devi ricordarti di considerare sempre che agiscono tra materia e materia, quindi hanno una azione e una reazione, e la reazione non devi cercarla nella forza inerziale.
azione-reazione.JPG

Riguardo a Cereda, per completezza posto tutte le sue considerazioni importati sulle forze inerziali (l'ultima parte l'avevo già allegata in qualche post precedente):
Senzanome.jpg

Riguardo a ciò che esperimenta una persona in un sistema non inerziale, trovo bellino questo esempio trovato in rete:
IMG_20210528_141806.jpg

[turik]

Senzanome.jpg

Credo che qui Cereda si riferisca alle forze apparenti, infatti le chiama anche "forze inerziali", quindi per evitare qualsiasi fraintendimento possiamo anche chiamarle "forze vincolari" quelle a cui mi riferisco io, in questo caso il 3° principio è valido sia per sistemi inerziali che non inerziali.

[cesarelia]

Per definizione forze apparenti/fittizie/inerziali sono termini coincidenti.

Le forze vincolari sono di tipo elettromagnetico (legami molecolari che tengono insieme le molecole la tensione di una corda, o forze che respingono tra loro le molecole, come il pavimento che non ci fa sprofondare nel centro della terra)


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[turik]

Quindi giusto per intenderci, quando eri concorde sul fatto che l'osservatore inerziale può spiegare la forza centrifuga attraverso la 3° legge della dinamica, come la chiameresti quella "forza" per l'osservatore inerziale?

[cesarelia]

L'osservatore inerziale nemmeno la vede la forza centrifuga, per lui non deve esiste e non deve parlare nè fare i calcoli con essa.
Quindi turik forse non mi ero spiegato bene perché non volevo nemmeno dire che si può spiegare la forza centrifuga con il terzo principio.

Sono costretto a riportare in citazione quello che avevo scritto:

3° principio: la Terra attira la Luna (forza che agisce sul corpo Luna), la Luna attira la Terra (forza che agisce sul corpo Terra), e questo due forze sono presenti sia guardando tutto dal centro di massa dei due corpi (sistema inerziale), sia mettendosi sulla Luna (sistema non inerziale). Ma quando guardi tutto dalla Luna, aggiungi una terza forza (centrifuga) per giustificare il fatto che la Luna non cade verso il centro di massa dei due corpi.
E centrifuga e centripeta non devono necessariamente essere uguali in modulo, lo sono solo nel moto circolare uniforme

Ci sta che non ero stato abbastanza chiaro e provo a spiegarlo meglio. Rispetto al centro di massa in rotazione solidale con i due corpi (sistema non inerziale, ma i due corpi sono consci di ruotare), la Luna è attratta dalla Terra (=azione) e respinta dalla propria forza centrifuga; la Terra invece è attratta dalla Luna (reazione) e respinta da una propria e differente forza centrifuga. E siccome le orbite hanno una certa ellitticità, le uniche forze uguali e contrarie sono quelle gravitazionali.
2021.05.29_080019.jpg

Se invece guardiamo tutto da un punto nello spazio non in rotazione (sistema inerziale), le forze gravitazionali bastano da sole a descrivere il moto e in quel sistema di riferimento è scorretto dire che la Luna non cade sulla Terra grazie alla forza centrifuga: dirai che la Luna è costretta a stare sempre vicina alla Terra grazie alla forza centripeta e punto.


Non vorrei che tu stia facendo l'errore comune di osservare una rotazione da un sistema inerziale, e confondere l'inerzia (1° principio) con la forza inerziale.

Esempio: se non hai parafanghi nella bici e passando su una pozzanghera ti bagni la schiena, comunemente si dice che le gocce sono schizzate via per la forza centrifuga, ma fisicamente non potresti. Tu che vedi tutto da un sistema inerziale (bici a velocità costante) dovresti dire che la debole forza centripeta di adesione molecolare non poteva garantire più alla goccia un moto circolare a quella velocità angolare così elevata; dirai che le gocce sono schizzate via liberamente (senza una forza che le ha spinte) e tangenzialmente alla ruota di moto rettilineo. Azione: la goccia è attratta dalla ruota; reazione: la ruota è attratta dalla goccia. Punto.
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(E al massimo, ciò che provoca il distacco, è l'aumento di velocità della ruota, quindi la ruota ha subito una accelerazione, quindi ha impresso anche alla goccia una accelerazione, che è tangenziale, non centrifuga)

Se invece tu fossi un ragnetto al centro della bici, che è fermo rispetto alla ruota e ruota con essa (e sa di ruotare), dirai che la forza centrifuga ha strappato via la goccia d'acqua, che ha iniziato ad allontanarsi in modo centrifugo. Azione: la goccia è attratta dalla ruota; reazione: la ruota è attratta dalla goccia; forza centrifuga: la goccia è attratta fuori dalla ruota. 2° legge della dinamica per la goccia:

Fadesione-Fcentrifuga=m*a
(a è l'accelerazione della goccia rispetto al centro della ruota). 2° legge della dinamica per la ruota:

(-Fadesione)+altra roba=m*[accelerazione della ruota]=0 (la ruota è ferma rispetto al ragno)

Fcentrifuga non rispetta il 3° principio, Fadesione sì: la coppia di forze va sempre applicata a oggetti diversi e deve sempre essere uguale in modulo, mentre quella centrifuga non sempre lo è (altrimenti la goccia non si staccherebbe mai).

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[turik]

Veramente lo hai ribadito più volte che interviene il terzo principio, quindi ora non capisco proprio perchè ti rimangi quello che hai detto, dicendo che in realtà non volevi dirlo. La cosa è a dir poco paradossale.

Anche perchè non si capisce cosa vuoi dire ora:

"2° legge della dinamica per la ruota:

(-Fadesione)+altra roba=m*[accelerazione della ruota]=0 (la ruota è ferma rispetto al ragno)
"

Cosa sarebbe "altra roba"??

Inoltre le gocce schizzano via proprio perchè NON subiscono la forza centrifuga, in quanto la forza di adesione (che sarebbe la forza centripeta per loro) non è sufficiente a trattenerle sul copertone, quindi partono "per la tangente".


Perchè non facciamo un esempio più semplice, come quello del peso attaccato ad un filo, e fatto ruotare attorno ad un punto fisso di rotazione:

Ad un certo momento vedremo il peso ruotare ad una velocità costante trattenuto dal filo che si tende, stabilendo un certo equilibrio.

L'osservatore posto sul peso, giustificherà il fatto che ruota attorno ad un centro di rotazione, introducendo una forza apparente chiamata appunto forza centrifuga, per cui continua a ruotare stabilmente attorno al centro di rotazione compensando la forza centripeta (filo).

L'osservatore esterno che guarda da un punto "fermo", vede il filo che si tende e trattiene il peso che ruota attorno ad un centro.
Ma la domanda è: come si spiega il fatto che il filo si tende? e quindi permette al peso di continuare a ruotare attorno al perno e non parte per la tangente! ci deve essere un'altra forza che compensa la forza centripeta (filo). Quale?

[cesarelia]

Diverse cose che hai detto nell'ultimo post sono giustissime, quindi non capisco il perché di rado qualche tua affermazione sembra contraddire, almeno sul piano "terminologico", certe definizioni base e ufficiali della Fisica.

Comunque per rispondere alla tua domanda: per l'osservatore esterno la forza centripeta è la sola responsabile della variazione di direzione del corpo, e quella basta e avanza per garantire il moto circolare uniforme. Nessun'altra forza la "compensa".
Semmai la forza centripeta, identificata con la tensione che il filo applica sul corpo, ha una sua controparte secondo il terzo principio di azione e reazione: tale controparte è la tensione che il filo applica sul perno.
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Per quanto riguarda il discorso della goccia sulla ruota, la tua interpretazione è ineccepibile; l'"altra roba" non volevo specificarla per non divagare perché il discorso riguardava esclusivamente il moto della goccia.

[Albertus]

mi sembra veramente che ci stiamo avvitando in discussioni inutilmente complicate

sulla palla agisce soltanto la forza che gli trasmette il filo
sul filo agisce soltanto soltanto la forza che gli trasmette la palla
sono forze "interne" e "reali" per le quali è applicabile il principio di azione e reazione

Non esiste nessun altra forza

le suddette forze esistono anche per l'osservatore in moto con la palla essendo forze "reali" ed "interne"
Dal suo punto di vista però la palla è ferma
Se la palla fosse soggetta solo alla tensione del filo si muoverebbe
Allora bisogna aggiungere un altra forza per farla star ferma :

La forza centrifuga

Si tratta di un espediente nient'altro che un espediente allo scopo di estendere l'equazione F = m*a che vale solo per sistemi inerziali , anche a sistemi non inerziali

Nel caso di moto rotatorio la forza centrifuga ha lo stesso valore numerico delle forze di azione e reazione
Si tratta di un caso particolare
Da qui a voler insinuare che le forze fittizie siano in qualche modo reali in quanto in qualche modo correlate col terzo principio della dinamica ce ne corre

A tal proposito l'autore del testo citato da cesarelia ha ritenuto opportuno avvertire il lettore che il terzo principio non è applicabile alle forze fittizie, probabilmente proprio per evitare equivoci del genere

[turik]

@cesarelia ok, ora mi è più chiaro, ho semplicemente collegato la forza inerziale al terzo principio di inerzia, anche perchè la forza centripeta è effettivamente applicata al corpo, tramite il filo, ma tale forza (centripeta) si esaurisce con la variazione del moto da rettilineo a circolare (ecco la "compensazione" che cercavo). Grazie comunque per il chiarimento.

PS: A proposito di ciò, richiamando un altro esempio molto interessante di un altro utente, che riguarda la ISS, ne consegue che è in "caduta libera" apparente, perchè la gravità (forza centripeta) serve a deviare il moto da rettilineo a circolare, se la ISS fosse effettivamente in caduta libera, continuerebbe ad accelerare costantemente, invece la sua velocità orbitale è pressoché costante, o sbaglio?

[Mulder]

Credo che la risposta opportuna sia questa.

una palla è in moto rotatorio appesa ad un cavo
tracciamo il vettore velocità tangente alla cerchio ad un certo istante
tracciamo un altro vettore un tempuscolo dopo
facciamo la differenza dei due vettori
otterremo un vettore non nullo diretto verso il centro di rotazione
c'è stata una variazione di velocità quindi un accelerazione

Detta invece arcaicamente: la iss "cade" verso il centro della terra (cioè accelerando), la velocità costante la fa "cadere" su una linea curva che è l'orbita terrestre, bilanciando esattamente quella che è l'accelerazione gravitazionale terrestre.