Prima legge di Newton (inerzia)

La prima legge di Newton afferma che, se la forza esterna risultante su un oggetto è zero, la sua velocità rimane costante. Quindi un oggetto o resta fermo oppure continua a muoversi in linea retta a velocità costante.

Questa affermazione vale in un sistema di riferimento inerziale, cioè un sistema di riferimento non accelerato. La legge è chiamata anche legge d'inerzia perché l'inerzia è la tendenza della materia a opporsi ai cambiamenti di velocità.

La prima legge di Newton in una riga

In un sistema inerziale,

$$\sum \vec{F}_{\text{ext}} = 0 \Rightarrow \vec{v} = \text{constant}$$

La parola "costante" è importante. Una velocità costante può essere zero, cioè quiete, oppure può essere un qualsiasi moto rettilineo uniforme.

Cosa significa inerzia in parole semplici

A volte si dice che gli oggetti in movimento "tendono a continuare a muoversi". È abbastanza vicino all'idea corretta, ma incompleto. L'idea più precisa è che gli oggetti non cambiano velocità a meno che non agisca una forza esterna risultante.

La velocità include sia la direzione sia il valore. Quindi anche una curva conta come cambiamento di velocità, anche se il valore resta lo stesso. Se la direzione cambia, la forza esterna risultante non è zero.

Esempio svolto: un disco che scivola su ghiaccio liscio

Supponi che un disco da hockey stia già scivolando verso est a $3\ \mathrm{m/s}$. Dopo che il bastone perde il contatto, immagina che il ghiaccio sia abbastanza liscio da rendere trascurabile l'attrito per i secondi successivi.

Allora la forza esterna risultante è circa zero, quindi la prima legge di Newton prevede che il disco continui a muoversi verso est a circa $3\ \mathrm{m/s}$ in linea retta.

Se il disco rallenta, questo ti dice che la forza esterna risultante non era davvero zero. Sul ghiaccio reale, attrito e resistenza dell'aria fanno di solito diminuire un po' la velocità, quindi la previsione di velocità costante è valida solo quanto lo è questa approssimazione.

Questa è l'abitudine principale da sviluppare: chiediti prima se la forza esterna risultante è zero. Se lo è, aspettati velocità costante. Se la velocità cambia in valore o direzione, la forza esterna risultante non può essere zero.

Errori comuni sulla prima legge di Newton

• Pensare che serva una forza per mantenere un oggetto in moto a velocità costante. Una forza risultante serve per cambiare la velocità, non per mantenerla.
• Trattare "forza zero" come se fosse uguale a "moto zero". Forza risultante zero può anche significare moto uniforme.
• Dimenticare che una curva cambia la velocità. Il moto circolare non è un esempio della prima legge di Newton perché la direzione continua a cambiare.
• Chiamare l'inerzia una spinta o una trazione. L'inerzia è una proprietà della materia, non una forza aggiuntiva.

Quando si usa la prima legge di Newton

La prima legge di Newton è il punto di partenza per l'analisi delle forze. Prima di calcolare qualsiasi cosa, ti chiedi se il moto suggerisce forza risultante zero oppure forza risultante diversa da zero.

Spiega anche perché le cinture di sicurezza sono importanti. Quando un'auto si ferma all'improvviso, il tuo corpo tende a mantenere la velocità che aveva prima. La cintura fornisce la forza esterna che cambia quel moto in modo sicuro.

Nella fisica introduttiva, la legge si usa anche per giustificare modelli semplici. Per esempio, il moto orizzontale di un proiettile viene spesso trattato come un moto a velocità costante quando si trascura la resistenza dell'aria, perché allora si assume che la forza risultante orizzontale sia zero.

Prova un caso simile

Prova una tua versione con una situazione quotidiana: un libro fermo su un tavolo, un disco che scivola dopo un colpo, oppure un passeggero che viene sbalzato in avanti quando un'auto frena. Parti da una sola domanda: la forza esterna risultante è zero? Questo controllo di solito ti dice se la prima legge di Newton si applica direttamente oppure se devi passare alla seconda legge di Newton.