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76 Nicolò Beverini da ciò che è contenuto nel volume V. Ne concludiamo che un corpo immerso in un liquido riceve una spinta diretta verso l’alto pari al peso di un uguale volume del liquido stesso. Questa forza è usualmente denominata spinta d’Archimede. Fig. 9-6 Su un corpo immerso agiscono quindi, in direzione opposta tra loro, la forza peso e la spinta d’Archimede. Il modulo della forza risultante è: [9.14] F = !Vg " ! 0Vg =Vg # ! " ! 0 Essa sarà diretta verso l’alto se & < & 0, verso il basso se & > & 0. Va osservato che non sempre la forza peso e la spinta d’Archimede hanno lo stesso punto d’applicazione. In effetti, questo capita solo quando il corpo immerso è omogeneo; nel caso generale la forza peso è applicata nel centro di massa del solido, mentre la spinta d’Archimede è applicata al centro di massa del volume di liquido spostato, detto perciò centro di spinta. Di conseguenza, su un corpo disomogeneo immerso potrà agire anche un momento non nullo, che farà in modo da portare il centro di spinta e il baricentro allineati sulla stessa verticale. Per concludere, discutiamo il caso di un corpo che galleggia su un liquido (Fig. 9-7). Se &
Elementi di fisica 10. La forza di gravitazione universale 10.1 Le forze fondamentali della natura. La fisica spiega tutta la fenomenologia dell’universo, dalla struttura interna del nucleo atomico al comportamento delle galassie, tramite l’applicazione di quattro forze fondamentali. Due di queste, denominate forza forte e forza debole, governano l’interazione tra le particelle elementari. I fisici classificano queste forze come forze a corto raggio d’azione, poiché manifestano i loro effetti solo su distanze piccolissime, minori o uguali a circa 1 fm (1 femtometro = 10 –15 m), che è l’ordine di grandezza delle dimensioni dei nuclei atomici. Queste forze sono responsabili della stabilità dei nuclei atomici. A distanze maggiori, esse divengono però totalmente trascurabili, per cui, una volta appurato che, grazie ad esse, esiste la materia stabile così come la conosciamo, ci si può dimenticare della loro esistenza. 1 Le altre due forze fondamentali, che al contrario si manifestano anche a grandi distanze, sono la forza elettrica e la forza gravitazionale. Esse sono descritte dalla legge delle gravitazione universale, formulata da Newton, e dalla legge di Coulomb: ! [10.1] F = !G m1m 2 r 2 r ˆ [10.2] ! F = k q1q 2 r 2 r ˆ La prima esprime il valore della forza gravitazionale, agente tra due corpi puntiformi di massa m1 e m2, posti ad una distanza r uno dall’altro. Ricordiamo che il simbolo r ˆ rappresenta il versore ! (cioè il vettore di modulo 1; vedi § 2.5) che ha la direzione del vettore r , rappresentato dalla congiungente tra i punti occupati dalle due masse. Il segno negativo sta ad indicare che la forza agente su uno dei due corpi ha direzione opposta alla direzione della congiungente, cioè che la forza è attrattiva. 1 A parte quando si considerano i fenomeni di radioattività, che sono connessi all’esistenza di nuclei instabili. 77
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