Principio di trasmissibilità delle forze (con esercizi risolti)

Il principio di trasmissibilità della forza indica che l'equilibrio o il movimento di un corpo rigido non cambia se una certa forza che agisce su un particolare punto del corpo viene sostituita da un'altra. Perché ciò sia considerato, devono essere soddisfatti due presupposti.

La prima premessa è che la nuova forza ha la stessa intensità, e la seconda è che viene applicata la stessa direzione, anche se si trova su un altro punto del corpo. Le due forze hanno lo stesso risultato su un corpo rigido; quindi, sono forze equivalenti.

Quindi, il principio di trasmissibilità conferma che una forza può essere trasmessa nella stessa direzione. Allo stesso modo, si dovrebbe notare che l'effetto meccanico della forza può essere sia rotazione che traslazione. Un esempio pratico del significato del principio di trasmissibilità è dato quando un corpo viene spinto o tirato.

Se il valore della forza con cui viene tirato o spinto il corpo è lo stesso, e entrambe le forze sono applicate nella stessa direzione, il movimento risultante è esattamente lo stesso. In questo modo, per lo scopo del movimento il risultato è lo stesso, spingere o tirare il corpo.

Corpi rigidi

Si chiama un corpo rigido (che non si deforma) a qualsiasi corpo che non subisce deformazioni quando viene applicata una forza esterna.

L'idea del corpo rigido non smette di essere un'idealizzazione matematica necessaria per lo studio del movimento e le cause del movimento dei corpi.

Una definizione più precisa di un corpo rigido è ciò che lo definisce come un sistema di punti materiali, in cui la distanza tra i diversi punti del corpo non viene modificata dall'azione di un sistema di forze.

La verità è che i corpi e le macchine reali non sono mai completamente rigidi e sperimentano deformazioni, anche minimamente, sotto l'azione delle forze e delle cariche applicate a loro.

Limitazioni del principio di trasmissibilità

Il principio di trasmissibilità presenta alcuni limiti. Il primo e più ovvio è nel caso in cui la forza o le forze applicate agiscano su un corpo deformabile. In tal caso, la deformazione del corpo sarà diversa a seconda del punto di applicazione delle forze.

Un altro limite è quello che può essere visto nel seguente caso. Supponiamo che due forze siano applicate orizzontalmente sulle estremità di un corpo, entrambe nella stessa direzione ma nella direzione opposta.

Secondo il principio di trasmissibilità, le due forze potrebbero essere sostituite da due nuove forze applicate nella stessa direzione, ma in direzioni opposte a quelle originali.

Per scopi interni, la sostituzione non avrebbe conseguenze. Tuttavia, per un osservatore esterno sarebbe avvenuto un cambiamento fondamentale: in un caso le forze applicate sarebbero state di tensione, e in un altro sarebbero state di comprensione.

Pertanto, è chiaro che il principio di trasmissibilità è applicabile solo dall'ipotesi della sua applicazione ai solidi rigidi ideali e dalla prospettiva di un osservatore interno.

Esempi

Primo esempio

Un caso pratico di applicazione del principio di trasmissibilità si verifica quando si desidera spostare una macchina per un gruppo di persone.

La macchina si muoverà nello stesso modo, sia che la spingano o la spingano in avanti, purché le persone applichino forza sulla stessa linea retta.

Secondo esempio

Un altro semplice esempio in cui è soddisfatto il principio di trasmissibilità è quello della puleggia. Ai fini del movimento, il punto della corda su cui viene applicata la forza è indifferente, purché venga applicata la stessa quantità di forza. In questo modo, non influisce sul movimento se la stringa è più o meno estesa.

Esercizi risolti

Esercizio 1

Indicare se il principio di trasmissibilità è soddisfatto nei seguenti casi:

Primo caso

Una forza di 20 N applicata orizzontalmente su un corpo rigido viene sostituita da un'altra forza di 15 N applicata in un altro punto del corpo, sebbene entrambi si applichino nella stessa direzione.

soluzione

In questo caso il principio di trasmissibilità non sarà soddisfatto poiché, sebbene le due forze siano applicate nella stessa direzione, la seconda forza non ha la stessa grandezza della prima. Pertanto, una delle condizioni indispensabili del principio di trasmissibilità non è soddisfatta.

Secondo caso

Una forza di 20 N applicata orizzontalmente su un corpo rigido da un altro anche di 20 N, applicata in un altro punto del corpo e sostituita verticalmente.

soluzione

In questa occasione, il principio di trasmissibilità non è soddisfatto poiché, sebbene le due forze abbiano lo stesso modulo, non si applicano nella stessa direzione. Ancora una volta, una delle condizioni indispensabili del principio di trasmissibilità non è soddisfatta. Si può affermare che le due forze sono equivalenti.

Terzo caso

Una forza di 10 N applicata orizzontalmente su un corpo rigido da un'altra anche di 10 N applicata in un altro punto del corpo, ma nella stessa direzione e senso.

soluzione

In questo caso, il principio di trasmissibilità è soddisfatto, dato che le due forze hanno la stessa grandezza e sono applicate nella stessa direzione e senso. Sono soddisfatte tutte le condizioni necessarie del principio di trasmissibilità. Si può affermare che le due forze sono equivalenti.

Quarto caso

Una forza scivola nella direzione della sua linea d'azione.

soluzione

In questo caso, il principio di trasmissibilità è soddisfatto dato che, essendo la stessa forza, l'entità della forza applicata non cambia e scivola nella sua linea d'azione. Ancora una volta sono soddisfatte tutte le condizioni necessarie del principio di trasmissibilità.

Esercizio 2

Due forze esterne sono applicate a un corpo rigido. Le due forze vengono applicate nella stessa direzione e nella stessa direzione. Se il modulo del primo è 15 N e quello del secondo 25 N, quali condizioni deve una terza forza esterna che sostituisce quella risultante dalle due precedenti soddisfare il principio di trasmissibilità?