La prima legge del moto di Newton

La prima legge del moto di Newton afferma che un corpo continua a viaggiare a velocità costante finché non vi è alcuna forza risultante che agisce sul corpo.

Poiché la velocità è un vettore, Velocità costante significa che il corpo ha la stessa velocità e direzione per un dato periodo di tempo. Questo potrebbe significare che un oggetto è a riposo continua a stare a riposo (velocità costante = 0) o quello un corpo che si muove ad una certa velocità continua a muoversi alla stessa velocità costante lungo una linea retta. Se il corpo cambia direzione, anche se la velocità è costante, c'è un'accelerazione e le forze sul corpo non sono bilanciate. Ad esempio, se fai oscillare un oggetto in un cerchio a velocità costante, l'oggetto sta ancora accelerando perché sta cambiando la sua direzione di movimento.

Prima legge del moto e dell'inerzia di Newton

La tendenza di un corpo a mantenere il proprio stato di moto si chiama inerzia. Se un autobus applica improvvisamente le interruzioni, ad esempio, i passeggeri su di esso possono continuare ad avanzare e scontrarsi con il sedile di fronte a loro. Quando l'autobus frena più dolcemente, la forza di attrito tra i passeggeri e il sedile può essere sufficiente per impedire ai passeggeri di cadere dai sedili.

Se calci un pallone a terra, sicuramente, non continuerà a muoversi per sempre con la stessa velocità. Questo perché, sulla Terra, la forza risultante sulla palla non è 0. L'attrito agisce tra la palla e il terreno, provocando la decelerazione della palla. Un disco utilizzato nell'hockey su ghiaccio subisce un attrito molto minore e quindi continua a muoversi per un periodo di tempo considerevolmente più lungo. Anche i veicoli spaziali, una volta nello spazio, sperimentano una forza molto ridotta. Quindi continuano a viaggiare quasi senza alcun cambiamento di velocità. Sperimentano la gravità quando si avvicinano ai pianeti o alle stelle e i loro percorsi si piegano. Gli scienziati utilizzano effettivamente questo effetto e, facendo calcoli preliminari, sono in grado di pianificare attentamente le traiettorie del veicolo spaziale. Quando la traiettoria di un veicolo spaziale si curva mentre viaggia attorno a un oggetto massiccio (ad esempio un pianeta), si dice che fionda intorno al corpo.

Resistenza dell'aria e velocità terminale

Sulla Terra, gli oggetti che cadono possono viaggiare a velocità costante se raggiungono velocità terminale. Questo accade, ad esempio, quando un oggetto cade nell'aria. Man mano che l'oggetto accelera, la resistenza dell'aria sul corpo aumenterebbe, mentre il peso del corpo rimane lo stesso. Alla fine, la resistenza dell'aria può diventare uguale al peso dell'oggetto. In questo caso, il peso e la resistenza dell'aria, avendo ora le stesse dimensioni e agendo in direzioni opposte, si annullerebbero a vicenda, rendendo la forza netta sull'oggetto 0. Quindi, la velocità dell'oggetto non cambierà più finché non raggiungerà la terreno. Questa velocità costante raggiunta dall'oggetto è indicata come velocità terminale.

Esempio della prima legge del moto di Newton

Un paracadutista, con una massa di 65 kg, sta cadendo a velocità terminale. Trova la dimensione della resistenza dell'aria sperimentata dal paracadutista.

Poiché il paracadutista sta cadendo a velocità costante, secondo la prima legge di Newton, le forze sul paracadutista dovrebbero essere bilanciate. Il peso agisce verso il basso, e questo ha una grandezza di

. La forza verso l'alto dovrebbe annullarla affinché le forze siano bilanciate. Quindi, anche la forza verso l'alto avrà una grandezza di 638 N.