Parlare di leggi fondamentali della fisica significa riferirsi a regolarità naturali che possono essere tradotte in forma matematica.

La certezza delle leggi fisiche è data dalla loro universalità.

Non sono mai infatti riferite ad un unico fenomeno ma piuttosto sono riconosciute sempre valide.

Il primo studioso che ha elaborato un metodo scientifico per rendere dimostrabile una legge fisica è stato Galileo Galilei.

Ogni legge fisica prende avvio da un enunciato, l’ipotesi, che viene poi dimostrata in una tesi.

Le leggi della fisica

Le tre leggi fondamentali della fisica, definite anche leggi della dinamica di Newton, sono:

• La legge di inerzia
• La legge di proporzionalità
• La legge dell’azione e reazione.

Principio di inerzia

La legge di inerzia risale nella sua formulazione al 1687, e venne maturata attraverso le ricerche di Isaac Newton.

Le legge, anche definita primo principio della dinamica, afferma che se su di un corpo nello spazio agisce una forza, o un insieme di forze, che risulta nulla, se il corpo si trova in uno stato di quiete rimarrà in quello stesso stato,

Se invece il corpo è in moto proseguirà con un moto rettilineo uniforme.

Questo primo principio della fisica non è sostenuto da formule, bensì è un costrutto concettuale.

Questa prima legge della fisica è valida nei sistemi inerziali, cioè quei sistemi nei quali i corpi si muovono gli uni rispetto agli altri con moto rettilineo uniforme.

Principio di proporzionalità

L’enunciato del secondo principio, o legge, della fisica afferma che la forza che agisce su di un corpo è direttamente proporzionale alla massa del corpo e alla sua accelerazione, avendone la stessa direzione e lo stesso verso.

Di conseguenza l’accelerazione risulta essere direttamente proporzionale alla forza ed inversamente alla massa.

Questa legge, a differenza della prima, fornisce una formula che permette di calcolare la forza come risultato della massa e dell’accelerazione.

Questo principio stabilisce che la forza ha lo stesso verso e la stessa direzione dell’accelerazione e fra loro la costante è rappresentata dalla massa.

La formula quindi risulta essere: F=ma.

Dalla seconda legge di Newton, cioè la seconda legge della fisica, deriva l’unità di misura della forza che è il newton, proprio in onore dello studioso.

L’accelerazione è direttamente proporzionale alla forza.

La massa è inversamente proporzionale all’accelerazione.

La massa alla quale si fa riferimento nella seconda legge è la massa inerziale, cioè la massa di un corpo che si oppone alle alterazioni del suo moto.

Questo secondo principio è fondamentale poiché definisce il concetto di forza.

Ovviamente anche questa seconda legge è valida soltanto nei sistemi inerziali.

Principio di azione e reazione

La terza legge della fisica, anch’essa come le precedenti introdotta da Newton, afferma che se un corpo esercita una forza su di un secondo corpo, di conseguenza il secondo corpo esercita sul primo una forza uguale e contraria.

Questo terzo principio ha il compito di formalizzare di fatto la relazione fra due corpi.

In sintesi il principio afferma che ad ogni azione ne corrisponde un’altra uguale e contraria.

Anche per questo terzo principio esiste una formula matematica chiamata a sintetizzare.

L’importanza di questo principio risiede nella formulazione di un concetto fondamentale della fisica e cioè che le forze non si generano mai da sole, ma sempre in coppia, principio di azione e reazione.

Quindi in natura non esiste mai una forza singola.

Se i primi due principi della fisica si soffermano sulle forze che agiscono su di un corpo, il terzo principio invece riguarda le forze che agiscono su due corpi.

Utilizzo delle tre leggi della fisica

Le tre leggi della fisica possono essere impiegate per:

• determinare accelerazione, velocità e posizione di un corpo, conoscendo le forze che agiscono su di esso, in funzione del tempo.
• determinare le forze che agiscono su di un corpo conoscendo la velocità e l’accelerazione.