Questo articolo spiega cos’è la forza tangenziale in fisica. Scoprirai quindi il significato della forza tangenziale, come calcolarla e un esercizio risolto.
Cos’è la forza tangenziale?
La forza tangenziale è una forza che agisce su un corpo che descrive un movimento circolare non uniforme. Nello specifico, la forza tangenziale è tangente al percorso circolare del corpo ed è la forza che fa sì che il corpo cambi l’entità della sua velocità.
Pertanto, la forza tangenziale è la forza che modifica la velocità tangenziale di un corpo che descrive un percorso circolare.
Ad esempio, se un corpo in movimento compie un movimento circolare e la forza tangenziale che agisce su di esso è positiva, la velocità tangenziale del corpo in movimento aumenterà, il che significa che il corpo in movimento ruoterà sempre più velocemente.
Come puoi vedere nell’immagine precedente, la forza tangenziale (F t ) è tangente alla traiettoria del corpo che compie il movimento circolare. Al contrario, la forza centripeta (F c ) è perpendicolare alla forza tangenziale e punta verso il centro del percorso circolare. Di seguito vedremo quali sono le differenze tra forza tangenziale e forza centripeta.
Tieni presente che la forza tangenziale è zero in un MCU, poiché la velocità angolare in questi casi è costante e, quindi, la velocità tangenziale non cambia il suo valore.
Formula della forza tangenziale
La forza tangenziale è uguale alla massa del mobile moltiplicata per l’ accelerazione tangenziale . La forza tangenziale può anche essere calcolata moltiplicando la massa del corpo per l’ accelerazione angolare per il raggio della traiettoria circolare.
La formula per la forza tangenziale è quindi la seguente:
Oro:
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è la forza tangenziale.
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è la massa del corpo in movimento che descrive un movimento circolare.
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è l’accelerazione tangenziale (o accelerazione lineare).
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è la variazione della velocità tangenziale (o velocità lineare).
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è la variazione temporale.
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è l’accelerazione angolare.
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è il raggio del percorso del movimento circolare.
Il valore della forza tangenziale deve essere interpretato come segue:
- F t >0 : se la forza tangenziale è positiva, ciò significa che l’entità della velocità del mobile aumenta con il tempo. Il mobile descrive quindi un movimento circolare con accelerazione angolare positiva.
- F t <0 : se la forza tangenziale è negativa, ciò significa che l’ampiezza della velocità del mobile diminuisce con il tempo. Il mobile descrive quindi un movimento circolare con accelerazione angolare negativa.
- F t =0 : se la forza tangenziale è pari a zero, ciò significa che l’entità della velocità del mobile è costante. Il mobile descrive quindi un movimento circolare uniforme (MCU).
Esempio di calcolo della forza tangenziale
Una volta che vediamo la definizione di forza tangenziale e qual è la sua formula, vedremo un esempio risolto di come viene calcolato questo tipo di forza.
- Un corpo in movimento di massa m=7 kg descrive un moto circolare con velocità uniformemente accelerata. Al tempo t i = 2 s ha una velocità tangenziale di 5 m/s e al tempo t f = 6 s ha una velocità tangenziale di 11 m/s. Qual è la forza tangenziale che agisce sul mobile?
Per trovare la forza tangenziale dobbiamo applicare la formula vista nella sezione precedente:
In questo caso il problema ci fornisce già tutti i dati necessari, quindi sostituiamo i valori nella formula e calcoliamo la forza tangenziale:
In conclusione, la forza tangenziale farà aumentare uniformemente la velocità del corpo in movimento, quindi il corpo in movimento eseguirà un movimento circolare uniformemente accelerato (MCUA).
Forza tangenziale e forza centripeta
Infine, vedremo qual è la differenza tra forza tangenziale e forza centripeta, poiché queste sono le due forze che compaiono nei movimenti circolari.
La forza centripeta è la forza che fa cambiare direzione al corpo in un movimento circolare. La forza centripeta è una forza radiale che appare nei movimenti circolari e punta verso il centro del percorso circolare.
La differenza tra la forza tangenziale e la forza centripeta è quindi che la forza tangenziale modifica il modulo di velocità del mobile che descrive un movimento circolare, invece la forza centripeta cambia la direzione della velocità del mobile.
Inoltre, la forza centripeta appare in qualsiasi tipo di movimento circolare, poiché è la forza che fa compiere al mobile una traiettoria circolare. Tuttavia la forza tangenziale è nulla quando il moto circolare è uniforme, poiché la velocità del corpo in movimento è costante.