Questo articolo spiega cos’è la forza di tensione in fisica e come viene calcolata. Troverai un esempio reale della forza di tensione di una corda e, inoltre, potrai allenarti con esercizi risolti di questo tipo di forze.
Cos’è la forza di tensione?
La forza di trazione è la forza esercitata da una corda, un cavo o qualsiasi oggetto elastico quando è in tensione, cioè quando non può essere piegato.
Ad esempio, quando viene applicata una forza a entrambe le estremità di una corda, questa diventa tesa ed esercita quindi una forza di tensione. Di seguito nella prossima sezione studieremo in dettaglio le forze di tensione esercitate da una corda.
La forza di tensione è misurata in newton (N) ed è normalmente rappresentata dalla lettera T. Inoltre, poiché si tratta di un tipo di forza, le forze di tensione sono vettori la cui direzione è parallela all’estensione della corda o del cavo.
Esempio di forza di tensione
Considerando la definizione di forza di tensione, analizzeremo in dettaglio un esempio per comprendere meglio il concetto.
Un tipico esempio di forza di tensione è una corda. Se non viene applicata alcuna forza alla corda, questa rimane allentata e quindi non c’è forza di tensione. D’altra parte, se si applica una forza a ciascuna estremità della corda, questa rimane tesa ed esercita quindi una forza di tensione su ciascuna delle sue estremità.
Inoltre, se la fune è considerata un oggetto privo di massa e indeformabile, la forza applicata ad un’estremità della fune viene trasmessa all’altra estremità e, viceversa, la forza esercitata alla seconda estremità viene trasmessa alla prima estremità della corda. la corda. .
Osserva il seguente disegno in cui la forza esercitata dalla persona a sinistra (T A ) è la forza esercitata dalla corda sulla persona a destra. E allo stesso modo, la forza applicata dalla persona a destra (T B ) viene trasmessa alla persona a sinistra.
Il gioco del tiro alla fune è un esempio concreto della vita quotidiana in cui le forze di tensione vengono trasmesse attraverso una corda.
In conclusione, corde, cavi o oggetti simili vengono utilizzati per trasmettere forze da un corpo all’altro.
Come calcolare la forza di tensione
I passaggi per calcolare le forze di tensione sono:
- Scomporre vettorialmente le forze che non sono né verticali né orizzontali. In questo modo tutte le forze saranno verticali o orizzontali.
- Disegna il diagramma di corpo libero del sistema, cioè rappresenta graficamente tutte le forze che agiscono sul sistema.
- Stabilire le equazioni di equilibrio del sistema. Normalmente, dovrebbe essere stabilita un’equazione per le forze orizzontali e un’altra equazione per le forze verticali.
- Risolvi la forza di tensione dalle equazioni e calcola il suo valore.
In sintesi, in fisica per calcolare la forza di tensione occorre applicare condizioni di equilibrio . Enunciando le equazioni di bilancio si può risolvere la forza di tensione e quindi trovarne il valore.
Di seguito è riportato un esempio passo passo della forza di tensione calcolata per vedere come ciò accade:
- Un corpo di massa 65 kg è sospeso al soffitto tramite una corda. Quanta trazione deve esercitare la corda per sostenere il corpo? Si presuppone che la corda abbia massa trascurabile e non si allunghi.
Innanzitutto è necessario determinare la forza gravitazionale con cui la Terra attrae il corpo. Per fare ciò applichiamo la formula della forza peso:
Ora creiamo il diagramma del corpo libero. In questo caso abbiamo solo due forze verticali: la forza di tensione della corda e la forza del peso.
Poniamo ora la condizione di equilibrio verticale. Poiché esiste una sola forza verticale verso l’alto e una sola forza verticale verso il basso, affinché il corpo rimanga in equilibrio le due forze devono essere uguali:
Esercizi risolti sulla forza di tensione
Esercizio 1
Dato un corpo rigido di massa 12 kg sospeso a due funi i cui angoli sono rappresentati nella figura seguente, calcolare la forza che ciascuna fune deve esercitare per mantenere il corpo in equilibrio.
La prima cosa che dobbiamo fare per risolvere questo tipo di problema è disegnare il diagramma di corpo libero della figura:
Si noti che in realtà sono solo tre le forze che agiscono sul corpo sospeso, la forza del peso P e le tensioni delle corde T 1 e T 2 . Le forze rappresentate T 1x , T 1y , T 2x e T 2y sono le componenti vettoriali rispettivamente di T 1 e T 2 .
Quindi, conoscendo gli angoli di inclinazione delle corde, possiamo trovare le espressioni per le componenti vettoriali delle forze di tensione:
D’altra parte, possiamo calcolare la forza peso applicando la formula della forza gravitazionale:
La formulazione del problema ci dice che il corpo è in equilibrio, quindi la somma delle forze verticali e della somma delle forze orizzontali deve essere uguale a zero. Quindi possiamo stabilire le equazioni delle forze e ponerle uguali a zero:
Sostituiamo ora le componenti delle tensioni con le loro espressioni trovate in precedenza:
E, infine, risolviamo il sistema di equazioni per ottenere il valore delle forze T 1 e T 2 :
![\left.\begin{array}{l}-T_1\cdot 0,94+T_2\cdot 0,57=0\\[2ex]T_1\cdot 0,34+T_2\cdot 0,82-117 .72=0\end{array }\right\} \longrightarrow \ \begin{array}{c}T_1=69,56 \ N\\[2ex]T_2=114,74 \ N\end{array}[/ latex]
<div class="wp-block-otfm-box-spoiler-end otfm-sp_end"></div>
<h3 class="wp-block-heading"> Exercice 2</h3>
<p> Comme le montre la figure suivante, deux objets sont reliés par une corde et une poulie de masses négligeables. Si l’objet 2 a une masse de 7 kg et que l’inclinaison de la rampe est de 50º, calculez la masse de l’objet 1 pour que l’ensemble du système soit dans des conditions d’équilibre. Dans ce cas, la force de frottement peut être négligée. </p>
<div class="wp-block-image">
<figure class="aligncenter size-full is-resized"><img decoding="async" loading="lazy" src="https://physigeek.com/wp-content/uploads/2023/09/probleme-dequilibre-des-forces.png" alt="problème d'équilibre translationnel" class="wp-image-295" width="299" height="240" srcset="https://physigeek.com/wp-content/uploads/2023/09/probleme-dequilibre-des-forces-300x241.png 300w, https://physigeek.com/wp-content/uploads/2023/09/probleme-dequilibre-des-forces.png 718w" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px"></figure>
</div>
<div class="wp-block-otfm-box-spoiler-start otfm-sp__wrapper otfm-sp__box js-otfm-sp-box__closed otfm-sp__FFF8E1" role="button" tabindex="0" aria-expanded="false" data-otfm-spc="#FFF8E1" style="text-align:center">
<div class="otfm-sp__title"> <strong>voir la solution</strong></div>
</div>
<p> Le corps 1 est sur une pente inclinée, donc la première chose à faire est de vectoriser la force de son poids pour avoir les forces sur les axes de la pente : [latex]P_{1x}=P_1\cdot \text{sin}(\alpha)” title=”Rendered by QuickLaTeX.com” height=”340″ width=”2918″ style=”vertical-align: 0px;”></p>
</p>
<p class=](https://physigeek.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-c0aa7a8f7fe7234899f77039b42b47d1_l3.png)
Pertanto l’insieme delle forze che agiscono sull’intero sistema sono:
La formulazione del problema ci dice che il sistema di forze è in equilibrio, quindi i due corpi devono essere in equilibrio. Da queste informazioni possiamo proporre le equazioni di equilibrio dei due corpi:
![1\ \rightarrow \ \begin{cases}P_{1x}=T\\[2ex]P_{1y}=N\end{cases} \qquad\qquad 2 \ \rightarrow \ T=P_2[/latex ] Ainsi, la composante du poids de l'objet 1 incliné dans le sens de la pente doit être égale au poids de l'objet 2 : [latex]P_{1x}=P_2](https://physigeek.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-ed082b4f064316ab20fb0d26054d3010_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Ora applichiamo la formula della forza gravitazionale e semplifichiamo l’equazione:
Infine, sostituiamo i dati e risolviamo per la massa del corpo 1:
