Lo sviluppo della forza nell'età infantile e giovanile: principi e didattica

Introduzione
Contributo al Prof. e amico 
Motta Salvatore
Cap I - Concetto di Forza nella fisica
La vita quotidiana ci da la comprensione elementare del concetto di Forza , ognuno di
noi  ne ha la propria concezione: nello spingere o trascinare un oggetto noi applichiamo
una Forza ma anche se lanciamo una pallina da tennis o respingiamo la stessa con una
racchetta. In questi esempi abbiamo dimostrato che la forza applicata all'oggetto
determina una variazione dello stato di moto, applicando una Forza muscolare, ma
potrebbe essere che anche applicando una Forza l'oggetto non subisce nessuna
variazione come per esempio il PC dove sto redigendo questa TESI è posto fermo sul
tavolo ma c'è  una forza, chiamata di gravita la quale la sta esercitando affinché il PC
possa cadere ma controbilanciata dalla resistenza del tavolo, (Fig.1a)
Fig.1a
questa Forza a differenza degli esempi precedenti, dove c'è un contatto fisico tra due
oggetti (la forza è chiamata di contatto), è espressa come campo di Forza. 
Nel esempio della Forza di contatto noi stessi possiamo applicare una Forza ad una
massa senza poterne avviare il moto. Le Forze espresse attraverso i propri campi
possono interagire attraverso lo spazio vuoto come la Forza gravitazionale che causa
l'accelerazione di gravità ed è l'origine di ciò che noi chiamiamo peso di un oggetto, ma
c'è anche la Forza espressa attraverso il campo elettrico tra due cariche di segno opposto
come potrebbe essere tra un elettrone ed un protone di un atomo, anche  la Forza
magnetica  che attraverso il suo campo è in grado di esercitare un'attrazione tra una
barra magnetica e un oggetto in ferro.  
Ma le origini sul concetto di Forza risalgono addirittura agli albori della civiltà quando
l'interesse umano verso i fenomeni di moto si relazionava con l'impiego intelligente di
essi; si pensi al lancio di pietre e di lance sia con gli arti superiori sia con meccanismi
elastici quali la fionda o l'arco porta allo sviluppo di armi e qui si può leggere nelle righe
come il concetto di Forza si sposi col termine intelligenza; il mondo che circonda
l'essere umano sembra avvolto da questa sensazione di Forza: la sensazione di sollevare
un peso, il lavoro compiuto nel trasportare la sua massa come la sua resistenza ad
opporsi a questa alla forza applicata;                       (Fig.2a)
        
Ecco allora la correlazione tra sforzo e movimento, il pensare il perché gli oggetti
cadono in quanto qualcosa di simile ad uno sforzo agiva di nascosto su di essi ed a
questo sforzo fù dato il nome di gravita' come per analogia alla forza muscolare per
opporsi a questa caduta o necessaria a sollevarli.
La Forza come nozione ha subito dei cambiamenti durante il corso della storia
dividendosi da scienza e filosofia; vediamo attraverso Aristotele  come la Forza sia
insita nella materia stessa che generando tensioni e pressioni e spiegherebbe il perché
del moto dei corpi; attraverso Keplero il concetto di forza viene postulata come una
relazione matematica che esiste in un determinato sistema fisico, pensiero che elaboro
anche Newton attraverso le tre leggi fondamentali del moto che diedero la definizione
tangibile della Forza come causa dl movimento dei corpi, capace anche di far sentire nel
vuoto il suo effetto (gravitazione), teoria che andò incontro a contestazioni di carattere
filosofico: ecco come D. Hume sia “troppo scettico per poter accettare la legge di
gravità come unica regola - insieme a una concezione meccanicistica - del moto
dell'Universo; ma, al tempo stesso, è anche così attento all'esperienza che non può
negare di vedere intorno a sé (e dentro di sé, ad esempio nel linguaggio) un ordine -
quasi un'armonia - che non può essere del tutto attribuito al caso. Ecco allora che egli
ipotizza, inferendola dall'esperienza, la presenza di una “dolce forza”. È una forza e
pertanto è in grado di produrre spostamenti (associazione di cose o di idee), ma al tempo
stesso è “dolce”, cioè svincolata dalla necessità, duttile, suscettibile essa stessa di
spostamenti di obiettivi.” D. Hume, Trattato sulla natura umana, I, i, 4 (Fig.3a)
  
Fig.3c
Lo stesso G. Berkeley rinnega la concezione di Forza  la quale non ha corrispondenza
nella realtà; Berkeley scrive: “L'attrazione è stata certamente introdotta da Newton non
come una vera qualità fisica, ma solamente come un ipotesi matematica (non tanquam
qualitatem veram & physicam, sed solummodo ut hypothetisin mathematicam)”.
G.Berkeley , De Motu, 1721 § 17, tr. it.De Motu, Abano Terme 1989, Piovan.
Con l'inizio del XX secolo la concezione dl concetto di Forza attraverso  J.Watt  si è
liberata progressivamente dall'accumularsi di teorie psicologiche, religiose e
metafisiche,  divenendo colonna portante della fisica moderna.
Come abbiamo visto il concetto di Forza è stato posto a varie analisi durante il corso
della storia, vediamo ora le difficoltà connesse alla comprensione del concetto fisico di
Forza; nel linguaggio comune il termine Forza è spesso sinonimo di energia o potenza e
riportato nel concetto fisico dando origine a postulati errati: concetto di “Forza
intrinseca” è potenza motrice che tiene in movimento il corpo e che sia stata trasferita
dall'agente che lo ha messo in movimento, concetto di “Forza attiva” ossia attribuita agli
esseri viventi in quanto tali e agisce direttamente mettendo in movimento i corpi, da qui
l'errore a stabilire la Forza come proprietà che il corpo ha ricevuta da qualcuno o che lo
stesso sia capace di trasferire. 
La Forza in Newton è responsabile del cambiamenti di moto del sistema e che si
identifica nell'agire per produrre qualcosa quindi Forza intesa come causa di cambio di
moto/deformazione, la Forza non è qualcosa di assoluto in un sistema, nella realtà non
esistono forze ma esistono solo corpi che interagiscono tra loro quindi la forza viene
vista come descrittore di interazioni ed il vettore Forza rappresenta fisicamente
l'interazione avvenuta, da qui si capisce che la Forza non può esistere isolatamente in
quanto sono almeno due i corpi che interagisco. Indubbiamente il concetto di Forza
nasce anche come esperienza  originando  dalle sensazioni muscolari di resistenza con i
corpi esterni, ma se vogliamo misurare veramente la Forza dobbiamo porlo su una base
quantitativa sostituendo una bilancia a molla ( Fig.4a) ai nostri muscoli o usando un
corpo elastico e misurare la Forza esercitata attraverso la deformazione del corpo;
Fig.4a
il concetto di Forza  però cosi descritto si limita ai sistemi statici, è compito della statica
trovare la relazione fra le forze di un sistema in equilibrio, ora estendiamo il concetto di
Forza a sistemi non in equilibrio: il sollevatore di pesi alle olimpiadi nello strappo o
nello slancio sta esercitando una Forza verso l'alto, la Ferrari in F1 che sfreccia sul
rettilineo è spinta in modo costante  in avanti dalla Forza generata dal motore, un
tennista che respinge la pallina in un dritto ha impresso una Forza alla pallina con la
racchetta, sono esempi di forze legate al movimento dei corpi quindi possiamo dire che
la Forza è la causa del movimento di un corpo libero di muoversi e allora dando al corpo
rigido una caratteristica numerica tale che il prodotto di questo numero per
l'accelerazione che il corpo riceve per effetto della Forza applicata sia uguale
numericamente alla Forza stessa , (Fig.5a)
Fig.5a
quindi la presenza di una Forza si manifesta sotto forma di un’accelerazione impressa al
corpo. Da cui il 1° principio di Newton che stabilisce che un corpo sul quale non agisce
alcuna forza, persevera nel suo stato di quiete ossia non vi è accelerazione. Ora
applichiamo una Forza ad un corpo in quiete libero di muoversi, osserveremo una
accelerazione del corpo, applicando una Forza doppia osserveremo una accelerazione
doppia quindi potremo tranquillamente dire che l'accelerazione di un corpo è
direttamente proporzionale alla Forza applicata da cui il 2° principio della dinamica che
ci dice: L’accelerazione di un corpo è direttamente proporzionale alla forza applicata  e
inversamente proporzionale alla sua massa. La massa è determinante per conoscere la
Forza di accelerazione del corpo e deve essere misurata indipendentemente dal concetto
di Forza altrimenti non si può affermare che la Forza di gravita' che agisce su di un
corpo è proporzionale alla sua massa, oltretutto non bisogna confondere la massa con il
peso anche se sono in rapporto di reciprocità: il peso è la Forza con cui un oggetto viene
attratto dalla Forza di gravità, la massa è parte  integrante di un corpo, e non dipende
dalle forze che si applicano; la massa mette in attinenza la forza applicata al corpo e la
risultante dell'accelerazione, il suo valore esula da come viene misurata
sperimentalmente e da ciò che può interagire. Ora riprendiamo l'esempio del tennista
che respinge la pallina sul colpo di dritto, abbiamo sottolineato coma la Forza sia un
descrittore di interazioni tra due corpi che interagiscono, in questo caso la pallina e la
racchetta, quest'ultima esercita una Forza sulla pallina la quale eserciterà una Forza
uguale e contraria : Forza di azione e reazione che non è altro che il 3° principio della
dinamica che fa si che ad ogni azione corrisponde una
uguale e contraria, (Fig.6a)
Fig.6a
ora sappiamo che l'accelerazione di un corpo è direttamente proporzionale alla Forza e
inversamente proporzionale alla massa (2° principio) avendo il sistema racchetta –
tennista  –  terreno una massa maggiore rispetto alla pallina verrà impressa una
accelerazione minore, la pallina con massa inferiore libera di muoversi risente
dell'accelerazione maggiore che la farà tornare indietro.
Abbiamo introdotto il concetto di Forza attraverso l'analisi storica e concettuale senza
addentrarci in specifiche formule matematiche e fisiche ora vediamo il concetto di Forza
dal punto di vista strettamente fisiologico.