La dinamica (dal greco “dynamis”, forza) è quella parte della meccanica che si occupa di studiare la relazione tra le forze e gli effetti che esse causano su un corpo. Un importante scienziato, che diede un grande contributo in questo ramo della fisica, fu Isaac Newton (1642 - 1727), mediante le sue tre leggi o principi:
- Il principio di inerzia o primo principio della dinamica:
Se su un corpo non agiscono forze o agisce un sistema di forze in equilibrio, il corpo persevera nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme.
Per “sistema di forze in equilibrio” si intende un insieme di forze, grandezze vettoriali, la cui somma vettoriale sia nulla. - La legge fondamentale della dinamica o secondo principio della dinamica:
Se su un corpo agisce una forza o un sistema di forze, la forza risultante applicata al corpo possiede direzione e verso della sua accelerazione e, in modulo, è direttamente proporzionale al modulo la sua accelerazione. La costante di proporzionalità tra queste due grandezze è la massa (detta appunto inerziale), grandezza specifica di ciascun corpo. Questa legge può essere enunciata mediante l’equazione $$ \vec{F} = m \cdot \vec{a} $$ dove $\vec{F}$ è la risutlante delle forze agenti sul corpo, $m$ la massa dello stesso, e $\vec{a}$ l’accelerazione cui è soggetto (il prodotto è quello tra uno scalare e un vettore). - Il principio di azione-reazione o terzo principio della dinamica:
Se due corpi interagiscono tra loro, si sviluppano due forze, dette comunemente azione e reazione: come grandezze vettoriali sono uguali in modulo e direzione, ma opposte in verso.
La prima legge serve a definire una classe di osservatori: i cosiddetti osservatori inerziali, per l’appunto. Gli osservatori inerziali sono coloro per i quali vale il principio di inerzia, ovvero tutti gli osservatori che, in presenza di un equilibrio di forze, registrano un moto rettilineo uniforme. Se questo non è verificato per un dato osservatore, l’osservatore si dice non inerziale. Si può dimostrare che tutti gli osservatori inerziali si muovono di moto rettilineo uniforme gli uni rispetto agli altri (di più: non ce ne sono altri).
L’unità di misura della forza nel sistema internazionale è il newton, $\text{N}$, ed è derivata dalla seconda legge della dinamica: una forza di $1 \text{ N}$ corrisponde alla forza necessaria per imprimere ad un corpo di massa $1 \text{ kg}$ un’accelerazione pari a $1 \text{ m}/\text{s}^2$.
In realtà, le leggi di Newton funzionano anche nell’altro verso. In particolare:
- Se un corpo si muove di moto rettilineo uniforme, allora le forze che agiscono su di esso sono in equilibrio.
- Se un corpo è soggetto a un’accelerazione $\vec{a}$, allora su di esso deve agire una forza $\vec{F}$ pari a $m \ \vec{a}$.
Il secondo principio della dinamica, inoltre, implica il teorema dell'impulso, che anzi ne costituisce una generalizzazione.