La definizione operativa di Forza

Ecco come viene definito il concetto di forza in fisica (secondo Wikipedia):
"Una forza è una grandezza fisica vettoriale che si manifesta nella interazione di due o più corpi, sia a livello macroscopico, sia a livello delle particelle elementari; la sua caratteristica è quella di indurre una variazione dello stato di quiete o di moto dei corpi stessi".

Più precisamente "una forza F è descritta classicamente dalla seconda legge di Newton come derivata temporale della quantità di moto p=mv di un corpo di massa m rispetto al tempo. In formule:

F=dp/dt=d(mv)/dt

che, nel caso la massa del corpo sia costante, si riduce a:

F=mdv/dt=ma"

dove a=dv/dt è l'accelerazione impressa al corpo che ha velocità istantanea v(t)".

Nota: la definizione di forza vale rispetto ad un sistema di riferimento inerziale (vedi il post "Cos'è un Sistema di Riferimento Inerziale?"); nel caso di sistemi non inerziali si devono introdurre le forze apparenti (come descritto nel post "Una forza del tutto... apparente!").

In particolare ricordiamo che (vedi Wikipedia) "a livello pratico le forze applicate ad un corpo possono avere due diversi tipi di effetti:
-> effetti dinamici: inducono come si è detto variazioni nella quantità di moto del corpo; la dinamica analizza appunto gli effetti delle forze sul movimento;
-> effetti statici: il corpo, anche se sottoposto a forze, rimane in quiete; ciò accade quando le forze presenti si bilanciano esattamente"; l'analisi di questi effetti viene definita dalla statica.

Nel caso dinamico possiamo perciò definire operativamente una determinata forza misurando con precisione sia la massa che l'accelerazione impressa al corpo in esame (essendo F=ma).
È però doveroso osservare che il problema di verificare l'accelerazione di un corpo è strettamente legato alla scelta del relativo sistema di riferimento inerziale, di cui non è facile dare una definizione priva di ambiguità (vedi il post "Cos'è un Sistema di Riferimento Inerziale?").

Mentre nel caso statico possiamo così definire la forza in modo operativo (vedi Wikipedia):
"Una definizione statica di forza è possibile misurando la deformazione di un corpo che segua la legge di Hooke, cioè tale che la deformazione sia direttamente proporzionale alla forza applicata. Inoltre utilizzando la proprietà lineare delle molle è possibile costruire degli strumenti di misura delle forze, detti dinamometri"*.

Ma anche in questo secondo caso, nonostante si possano costruire degli strumenti di misura delle forze come i dinamometri, non abbiamo risolto il problema di attribuire un preciso significato fisico alla forza stessa.
Infatti anche questa definizione operativa non è una definizione diretta (cioè non fa riferimento a grandezze fondamentali come lo spazio o il tempo, usate ad esempio per definire la velocità di un corpo) ma si basa a sua volta sugli effetti prodotti da un'altra forza nota (ad esempio la forza peso) su cui viene in effetti tarato lo strumento di misura (ad esempio la molla).

La forza ha quindi una definizione sempre indiretta che si basa sugli effetti che essa produce (cioè la variazione dello stato di moto di un corpo o la deformazione elastica di una molla): dobbiamo perciò tener conto di come questi effetti vengono valutati nell'attribuirle un significato fisico corretto (come il sistema di riferimento utilizzato oppure il tipo di molla adoperato).

(*) La legge di Hooke afferma che l'allungamento ∆x prodotto in una molla è direttamente proporzionale alla forza F impressa: F=-k∆x (dove k è il coefficiente elastico della molla). È evidente che tale legge vale solo per una "molla perfetta o ideale, cioè una molla priva di peso, di massa, in assenza di attrito e di altri fenomeni dissipativi" (vedi Wikipedia).