Le forze: esempio della reazione vincolare

La reazione vincolare è uno dei tanti tipi di forze che possono agire su un corpo.

Da dove deriva lo studio delle forze in fisica?
La dinamica è la parte della fisica che si basa sullo studio delle cause del moto dei corpi: "perché i corpi si muovono?" "cosa ne causa il loro movimento?" etc.
La cinematica invece studia solo il moto dei corpi (e ciò che lo caratterizza: velocità, accelerazione, spostamento…)
La dinamica dunque studia le cause del moto dei corpi (in genere sono le forze) .
Una forza è un vettore che provoca una deformazione "fisica" sul corpo in cui è applicata, può causare anche un cambiamento nel moto di un corpo: in tal caso provoca un'accelerazione (un cambiamento della velocità) oppure un cambio di direzione .
Un corpo che si muove di moto rettilineo e costante, ad esempio, può cambiare il suo moto a causa di una forza che gli viene applicata dall'esterno (una spinta, un frenamento)..

Le forze in fisica sono considerate delle grandezze vettoriali (cioè rappresentate da vettori: per dare un'informazione su di esse, serve specificare direzione, modulo e verso, punto di applicazione…) e si differenziano dalle grandezze scalari , ovvero quelle indicate semplicemente da un numero (come la massa, che ha bisogno solamente del numero indicante quanto sia grande nell'unità di misura corrispondente). Facciamo degli esempi:
-possiamo fornire un intervallo di tempo di 20 s. In tal caso, il tempo è una grandezza scalare perchè dicendo "20 s" abbiamo già fornito le informazioni rilevanti per caratterizzarla.
-Se diciamo invece che su un corpo agisce una forza trainante, non è sufficiente dire solamente di quanti Newton è "grande" la forza, ma abbiamo bisogno di dire, appunto, che agisce sul corpo (punto di applicazione), che è una forza di 40 N (modulo), che è applicata a formare 30° con la direzione parallela al piano d'appoggio (direzione e verso).

Ricordiamo brevemente:
-Direzione: la retta dove poggia il vettore;
-Il modulo: la lunghezza (fornita assieme alla sua unità di misura) ;
-Il verso: se da dx a sx o viceversa, se dall'alto al basso…
-Il punto di applicazione: il punto nel sistema di riferimento che indica dove è applicata la forza.

Le forze si manifestano nell'interazione tra due o più corpi. Le forze sono associate all'interazione tra più corpi (vedi terzo principio dinamica "azione-reazione": se un corpo esercita una forza su un secondo corpo, questo reagisce con una forza uguale ma opposta in verso sul primo corpo): arriviamo quindi a descrivere le reazioni vincolari..

Immaginiamo che quella sopra sia una scatola appoggiata su un tavolo. Come possiamo notare dal grafico, se il corpo è in equilibrio (ovvero non si muove) , allora la scatola che è appoggiata sul tavolo esercita una forza su di esso. Questa forza, è la forza peso, con cui la scatola è attratta gravitazionalmente dalla Terra. Viceversa, il tavolo esercita una reazione vincolare sulla scatola (uguale alla forza peso, ma diretta verso l'alto) , che fa sì che il tavolo non venga deformato dalla forza peso della scatola. Da notare che le forze sono sempre in coppia (azione- reazione). In questo caso la reazione vincolare è esattamente uguale ed opposta in verso alla forza peso (le due forze sommate ci danno una forza risultante nulla, vedi somma delle forze). E' come se in totale sulla scatola non agisse alcuna forza : si parla di equilibrio.

Ricordiamo anche che non necessariamente delle forze debbano agire tramite un contatto di corpi (la forza peso ne è la prova, trattandosi di una forza agente a distanza). Vari esempi di forza di contatto sono la forza trainante, citata sopra, una spinta su un corpo, la forza di frenamento etc.

La reazione vincolare quindi è la forza che viene esercitata sul corpo preso in considerazione (scatola nell'esempio precedente) dal vincolo (tavolo). Il vincolo si chiama così perché si comporta proprio vincolando il moto del corpo (gli impedisce ad esempio di cadere a terra) .