Nel linguaggio comune utilizziamo spesso il termine forza riferendoci ad uno sforzo muscolare che compiamo per spostare, impedire il moto e\o deformare un corpo. Ad esempio, applichiamo una forza quando vogliamo spostare una scatola da terra, quando spingiamo un armadio, quando solleviamo lo zaino con i libri, quando calciamo un pallone e così via. Da quanto detto, notiamo subito la forza si manifesta con l'interazione tra il nostro corpo (da cui ha origine la forza muscolare) e un oggetto (la scatola, l'armadio, il pallone ecc).
In generale, l'effetto di una forza applicata a un corpo, libero di muoversi, lo mette in movimento: per questo si dice che le forze producono effetti dinamici.
Le forze possono anche arrestare un movimento come quando, ad esempio, schiacciamo il freno sul manubrio del nostro motorino. Se, infine, il corpo non è libero di muoversi, ma è "vincolato" a qualcosa, la forza produce una deformazione del corpo.
Esistono molte altre forze oltre a quelle muscolari. In particolare, la natura è riuscita a far funzionare l'intero universo utilizzando poche forze fondamentali che sono state classificate in base alla loro origine:
- forza gravitazionale: la cui origine è la massa;
- forza elettromagnetica: la cui origine è la carica elettrica;
- forza nucleare: la cui origine sono le particelle.
Le forze sono grandezze vettoriali, caratterizzate, quindi, da un modulo, una direzione e un verso.
Anche il concetto di massa è usato spesso nel linguaggio comune: essa è completamente descritta da un numero (ad esempio la massa di un pacco di farina è di $1kg$ ecc) ed è per questo che è una grandezza scalare.
I concetti di forza e massa sono alla base di tre principi, enunciati da Isaac Newton nel 17° secolo. Esse forniscono il punto di partenza per la comprensione degli effetti causati dalle forze sugli oggetti.
Il primo principio della dinamica può essere enunciato come segue:
Prima legge di Newton o principio di inerzia
Un corpo sul quale agiscono forze la cui somma è nulla rimane fermo se era fermo prima di applicarvi tale forze, continua a muoversi indefinitivamente se lo stava facendo prima di applicarvi tale forze (con velocità costante).
Ovvero, un oggetto rimane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme fino a quando non agisce su di esso una forza risultante non nulla.
Ricordiamo che una forza risultante è la somma vettoriale di tutte le forze che agiscono sull'oggetto.
Da tale principio si evince che lo stato di moto rettilineo uniforme (moto con velocità costante) e quello di quiete sono equivalenti, infatti entrambi non richiedono alcuna forza per essere mantenuto. L'applicazione di una forza serve, eventualmente, a cambiare la velocità dell'oggetto.
La prima legge di Newton prende anche il nome di principio di inerzia. Infatti, l'inerzia è la tendenza naturale di un corpo a rimanere nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme. E la massa di un oggetto non fa altro che esprimere numericamente tale caratteristica.
Ad esempio, l'inerzia del treno è molto maggiore rispetto a quella di un motorino perché la tendenza di un treno a rimanere fermo è molto maggiore rispetto a quella del motorino.
Per questo motivo la massa prende anche il nome di massa inerziale e la sua unità di misura nel SI è il $Kg$.
Un effetto dell'inerzia può essere avvertito in modo pratico quando si è su un autobus che viaggia a velocità costante. Se improvvisamente l'autobus fa una brusca frenata (quindi viene alterato il suo stato di quiete, ovvero di moto rettilineo uniforme), i passeggeri continuano a viaggiare per inerzia nella stessa direzione in cui si stava muovendo il bus prima della frenata: ecco perché bisogna aggrapparsi alle maniglie per non cadere :)
Definiamo, infine, un sistema di riferimento inerziale un sistema in cui vale il principio di inerzia. La Terra è considerato un sistema di riferimento inerziale e quindi posso essere considerati tali tutti i riferimenti fissati su di essa o che si muovono di moto rettilineo uniforme rispetto a essa.