La figura mostra il diagramma velocità-tempo del moto di una formica sul terreno
Per quanto tempo la formica si muove in avanti? In quale istante la formica cambia verso di marcia? Dopo , si trova più avanti o più indietro del punto da cui era partita?
Prima di affrontare in maniera esplicita le varie domande ricordiamo come si leggono i grafici velocità tempo. Nei grafici velocità tempo i moti uniformemente accelerati sono descritti da delle rette, quando queste rette hanno pendenza positiva (cioè sono crescenti) siamo di fronte a moti con accelerazione positiva, quando queste rette sono parallele all’asse siamo di fronte a moti con accelerazione nulla (ossia moti a velocità costante) e infine quando la pendenza della retta è negativa (quindi la retta è decrescente) siamo di fronte a moti con accelerazione negativa. Nel nostro moto specifico la formica parte con velocità costante a per i primi dopo inizia a rallentare e fino a la velocità della formica è positiva, dopo quel tempo la velocità torna ad aumentare ma con segno negativo (ossia la formica sta tornando indietro). La formica dopo sarà tornata più indietro rispetto al punto di partenza, infatti nel tratto di velocità di con velocità positive le velocità sono costantemente inferiori (in valore assoluto) al tratto di con velocità negative. Osserviamo esplicitamente che sarebbe facile calcolare le distanze percorse nei due tratti sopra indicati, basterebbe calcolare l’area della parte di piano sottesa dal grafico e si vedrebbe che la strada percorsa con velocità negativa è superiore a quella percorsa con velocità positiva.
La figura mostra i grafici spazio-tempo di due moto A e B che partono da ferme nello stesso istante
Deduci dal grafico i dati che ti consentono di calcolare l’accelerazione delle due moto. Deduci dal grafico la distanza tra le due moto dopo la partenza. Sei fermo più avanti delle moto al momento della loro partenza. Quale moto ti passa davanti per prima? Dopo quanti secondi passa l’altra?
La legge oraria che descrive lo spazio percorso da un oggetto di moto uniformemente accelerato e partenza da fermo è
pertanto, deducendo dal grafico sia che , possiamo calcolare le due accelerazioni, infatti
Dopo è possibile osservare che la moto A si trova a dal punto di partenza, mentre la moto B si trova a dalla partenza, pertanto la distanza tra le due moto è . Infine se sono posizionato dopo la partenza vedrò passarmi davanti prima la moto A, dopo esattamente , poi la moto B dopo ulteriori .
Un sasso lasciato cadere da una certa altezza impiega per raggiungere il suolo, dove giunge con una velocità . Quanto tempo impiegherebbe a raggiungere la stessa velocità su Marte?
Innanzitutto osserviamo che per risolvere questo esercizio è necessario conoscere l’accelerazione di gravità di Marte, ossia . Una volta osservato questo la definizione di accelerazione ci permette prima di calcolare la velocità che il sasso raggiunge sulla Terra e poi dopo di calcolare il tempo necessario su Marte per raggiungere la stessa velocità, infatti
Su un pianeta sconosciuto un astronauta lascia cadere un sasso da un’altezza di e trova che il tempo di caduta è . Quanto vale l’accelerazione di gravità del pianeta? Da che altezza bisogna lasciarlo cadere perchè impieghi ?
Per rispondere alla prima domanda l’unica formula che possiamo utilizzare è la legge oraria del moto uniformemente accelerato la quale mette in relazione lo spazio percorso, il tempo necessario a percorrerlo e l’accelerazione. In termini matematici è definita come
Per poter utilizzare questa formula bisogna prima di tutto fissare un sistema di riferimento, ossia decidere a priori dove poniamo il punto e quando poniamo l’istante , per semplicità poniamo il punto dal quale parte il sasso come e l’istante in cui parte il sasso come , per cui la legge oraria in questo sistema di riferimento diventa
per cui
Per rispondere alla seconda domanda invece dobbiamo calcolare quanto spazio percorre il sasso soggetto a quella accelerazione in , pertanto
Una tegola cade da un tetto, impiegando per arrivare al suolo. Calcola la velocità raggiunta dalla tegola appena prima dell’impatto con il suolo. A quale altezza si trovava?
Per rispondere alla prima domanda ci viene in soccorso il maniera immediata la definizione di accelerazione. Infatti l’accelerazione è quella grandezza fisica che mette in relazione la variazione di velocità e il tempo necessario per generare quella variazione. In termini matematici è definita come
per cui nel nostro caso
Per rispondere alla seconda domanda possiamo utilizzare una qualunque delle altre due formule che conosciamo. Per semplicità, siccome non c’è da fissare in maniera esplicita un sistema di riferimento, utilizziamo
che ci dice come calcolare lo spazio percorso da un oggetto che si muove di moto uniformemente accelerato di accelerazione e che parte da una velocità iniziale e arriva a una velocità finale . Per cui
Tra le varie formule del moto uniformemente accelerato ce ne è una che risolve in maniera molto veloce la prima domanda. Ossia
che ci dice come calcolare lo spazio percorso da un oggetto che si muove di moto uniformemente accelerato di accelerazione e che parte da una velocità iniziale e arriva a una velocità finale . Risulta evidente che noi conosciamo tutto per poter applicare questa formula, infatti
Per rispondere alla seconda domanda possiamo utilizzare sia la legge oraria che la definizione di accelerazione. Per semplicità, siccome per utilizzare la legge oraria bisognerebbe definire in maniera esplicita un sistema di riferimento, utilizziamo la definizione di accelerazione. L’accelerazione è quella grandezza fisica che mette in relazione la variazione di velocità e il tempo necessario per ottenere tale variazione, in termini matematici è definita come
Per risolvere l’esercizio procediamo per passi, prima calcoliamo l’accelerazione che ha tenuto lo sciatore e dopo, grazie a quest’ultima, possiamo calcolare lo spazio percorso. Per calcolare l’accelerazione utilizziamo direttamente la definizione, infatti l’accelerazione rappresenta quando velocemente varia la velocità in un determinato intervallo di tempo e matematicamente è definita dalla formula
per cui
Una volta determinata l’accelerazione possiamo utilizzare una qualunque delle altre due formule che conosciamo. Per semplicità, siccome non c’è da fissare in maniera esplicita un sistema di riferimento, utilizziamo
che ci dice come calcolare lo spazio percorso da un oggetto che si muove di moto uniformemente accelerato di accelerazione e che parte da una velocità iniziale e arriva a una velocità finale . Per cui
Tra le varie formule del moto uniformemente accelerato ce ne è una che risolve in maniera molto veloce l’esercizio. Ossia
che ci dice come calcolare lo spazio percorso da un oggetto che si muove di moto uniformemente accelerato di accelerazione e che parte da una velocità iniziale e arriva a una velocità finale . Risulta evidente che noi conosciamo tutto per poter applicare questa formula, infatti
Un autobus viaggia alla velocità di . Un’auto parte da ferma quando è affiancata dall’autobus, con accelerazione costante e dopo affianca nuovamente l’autobus. Calcola l’accelerazione dell’auto.
La condizione fisica che descrive l’affiancamento dell’automobile e dell’autobus è:
ossia che la strada percorsa dall’auto in sia esattamente uguale alla strada percorsa dall’autobus nello stesso tempo. Pertanto non ci resta che determinare le formule che descrivono questi spazi. In fisica la formula che descrive lo spazio percorso da un corpo in funzione del tempo trascorso si chiama legge oraria e nel moto rettilineo uniforme, ossia quello dell’autobus è:
mentre per il moto uniformemente accelerato, ossia quello dell’auto è:
Un volta ricordato questo procediamo con la risoluzione ricordando anche che dobbiamo fissare il sistema di riferimento e convertire le unità di misura in quelle del sistema internazionale. Quindi poniamo e , da cui
Tra le varie formule del moto uniformemente accelerato ce ne è una che risolve in maniera molto veloce l’esercizio. Ossia
che ci dice come calcolare lo spazio percorso da un oggetto che si muove di moto uniformemente accelerato di accelerazione e che parte da una velocità iniziale e arriva a una velocità finale . Risulta evidente che noi conosciamo tutto per poter applicare questa formula, infatti