Una cassa è appoggiata su un pavimento. Se l’intensità della forza normale esercitata dal piano sulla cassa è , qual è la massa della cassa? Se una seconda cassa di viene impilata sulla prima, come varia la forza normale.
La cassa è sicuramente in equilibrio, pertanto la forza risultante su di essa applicata è nulla. Sulla cassa agiscono due forze con stessa direzione, ossia quella perpendicolare al pavimento, ma verso opposto: la forza peso, diretta verso il basso, e la reazione vincolare del pavimento, diretta verso l’alto. Pertanto in modulo possiamo asserire che
Una volta che appoggiamo la seconda cassa sulla prima tutto il ragionamento precedente ancora funziona, l’unica differenza è che la massa delle due casse è maggiore di quella della singola cassa, pertanto
Un barattolo di marmellata di massa è appoggiato sul piano della cucina. Lucia per chiudere il barattolo preme sul coperchio con una forza di perpendicolarmente al piano. Qual è la forza normale esercitata dal piano?
Il barattolo è sicuramente in equilibrio, ossia Lucia con la sua forza non spacca il piano facendo muovere il barattolo verso il basso, pertanto la risultante delle forza applicate al barattolo deve essere nulla. Sul barattolo agiscono tre forze tutte dirette perpendicolarmente al piano di lavoro. Due di queste forza, la forza peso e la forza di Lucia sono concordi e dirette verso il basso, mentre la reazione vincolare del piano sarà diretta verso l’alto. Pertanto in modulo avremo che
Partendo da ferma, una barca aumenta la sua velocità fino a , con accelerazione costante. Qual è la velocità media della barca? Se alla barca occorrono per raggiungere tale velocità di , che distanza ha percorso in questo intervallo di tempo?
Dalla teoria sappiamo che un moto con accelerazione uniforme varia la sua velocità in maniera lineare e quindi la velocità media la possiamo ottenere facendo la media della velocità iniziale e quella finale, ossia
Per rispondere alla seconda domanda invece ricordiamo che tra le formule che conosciamo ne abbiamo una che mette in relazione lo spazio percorso, la velocità iniziale e finale e l’accelerazione, ossia
ma per poter usare questa formula ci occorre prima determinare l’accelerazione tramite la definizione di accelerazione, quindi
Con riferimento al problema precedente (esercizio 149), rispondi alle seguenti domande. La distanza necessaria perchè l’auto si fermi cresce di un fattore due oppure di un fattore quattro? Verifica la risposta calcolando le distanze di arresto per le due velocità.
Per quanto riguarda la relazione tra la distanza percorsa da un oggetto che si muove ad accelerazione costante e la velocità sappiamo che c’è una relazione di tipo quadratico, infatti la formula che lega queste grandezze è
quindi se la velocità dovesse raddoppiare il tempo quadruplicherebbe (). Verifichiamo quello che abbiamo appena dedotto con l’ausilio dei calcoli. Dalla formula scritta prima possiamo dedurre che
Supponi che i freni di un’automobile producano una decelerazione costante di , indipendentemente dalla velocità del veicolo. Se si raddoppiasse la velocità da a , il tempo necessario perchè l’auto si fermi cresce di un fattore due oppure di un fattore quattro? Verifica la risposta calcolando i tempi di arresto.
Sappiamo che la dipendenza che c’è tra il tempo e la velocità, in un moto uniformemente accelerato, è una dipendenza di tipo lineare, infatti dalla definizione di accelerazione segue che quindi al raddoppiare della velocità raddoppia anche il tempo. Una volta ricordata la definizione di accelerazione segue che
Gli aerei di linea partono da fermi a un’estremità della pista e accelerano, per raggiungere la velocità di decollo prima di arrivare all’altra estremità della pista. Un aereo ha un’accelerazione e una velocità di decollo . Determina la minima lunghezza della pista necessaria per il decollo.
Un’auto che parte da ferma, accelera con un’accelerazione costante di per , poi mantiene questa velocità per e infine rallenta con un’accelerazione di modulo per . Qual è la sua velocità finale?
Risolviamo questo esercizio in maniera non convenzionale utilizzando in maniera massiccia il concetto di accelerazione. L’accelerazione rappresenta la variazione della velocità, pertanto un oggetto che si muove con accelerazione di aumenta la sua velocità di ogni secondo che passa. Utilizzando questo ragionamento possiamo capire che se la macchina parte con velocità e si muove per con accelerazione costante di allora arriverà a una velocità di , infatti la sua velocità aumenterà di ogni secondo che passa. In un secondo momento la macchina non varierà la sua velocità per per poi entrare nel tratto finale e decelerare con accelerazione pari a per nei quali perderà ogni secondo che passa raggiungendo pertanto i .
Quando un automobilista vede la luce del semaforo diventare gialla, aziona i freni fino a fermarsi. Se la sua velocità iniziale era di , qual è stata la sua velocità media durante la frenata? Supponi che la decelerazione sia stata costante.
Se la decelerazione che fa frenare la macchina è costante allora vuol dire che ogni secondo che passa la velocità della macchina cala di un valore fisso, quindi il grafico che descrive l’andamento della velocità è una retta che parte dal punto di coordinata uguale a e arriva al punto di coordinata . In questo contesto il valore medio sarà la metà della velocità massima, ossia .
Un jet che viaggia verso sud atterra con una velocità di e si ferma in . Supponendo che il jet rallenti con un’accelerazione costante, determina il modulo e il verso dell’accelerazione.
Tra le formule che conosciamo sul moto uniformemente accelerato ce ne è una che mette in relazione le velocità, lo spazio percorso e l’accelerazione, ossia
da cui
dove il segno meno nel risultato ci dice che l’accelerazione ha verso contrario alla velocità (che abbiamo scelto avere segno positivo) pertanto l’accelerazione è diretta verso nord.