La distanza media tra la Terra e la Luna è di . Supponi che i due corpi siano punti materiali con tutta la loro massa concentrata nel loro centro. Calcola la forza gravitazionale che si esercita tra la Terra e la Luna.
Al gioco delle bocce, un giocatore colpisce la boccia dell’avversario con la propria, Nella figura sono riportati i valori delle grandezze note. Le bocce hanno tutte la stessa massa .
Quanto vale l’angolo formato dalla traiettoria della boccia inizialmente ferma con la direzione della boccia incidente?
Nel sistema non agiscono forze esterne, pertanto la quantità di moto deve essere conservata. Per risolvere questo esercizio non basta concentrarsi sul modulo della quantità di moto, ma bisogna considerarla nella sua interezza. Quindi, considerando che la pallina rossa è inizialmente ferma, abbiamo che
da cui possiamo ricavare la relazione vettoriale
A questo punto fissiamo un sistema di coordinate cartesiane orientato con l’asse nella direzione della velocità iniziale e verso positivo come la velocità iniziale (quindi verso positivo verso sinistra) e asse perpendicolare a con verso positivo verso l’alto. In questo sistema cartesiano la relazione vista prima diventa
In una scena di film western due pistoleri si affrontano. Uno dei due fa volare via il cappello dalla testa dell’altro con un colpo di pistola. Il proiettile ha una massa di e colpisce il cappello, di massa , con una velocità di . Immediatamente dopo essere stato attraversato dal proiettile, il cappello ha velocità di . Calcola la quantità di moto totale del sistema formato da proiettile e cappello prima dell’urto. Calcola la quantità di moto totale del cappello dopo che è stato attraversato dal proiettile. Considera che, nel momento dell’urto, la quantità di moto totale del sistema si conserva e ricava la quantità di moto finale del proiettile. Calcola la velocità finale del proiettile. Calcola l’energia cinetica totale prima e dopo l’urto.
Il sistema iniziale formato dal proiettile e dal cappello vede due oggetti, uno fermo e l’altro in movimento. La quantità totale del sistema sarà data da
Dopo che è stato attraversato dal proiettile il cappello ha una velocità non nulla e pertanto anche una quantità di moto non nulla calcolabile mediante la formula
E supponendo che nel sistema cappello-proiettile la risultante delle forze esterne sia nulla, avremo che
da cui
Per concludere l’esercizio calcoliamo le due energie cinetiche prima e dopo l’urto come somma delle singole energie cinetiche, pertanto
Sul sistema barca-ragazza agiscono forze esterne, come la forza peso e la reazione vincolare, ma la somma di tutte queste forze è nulla. Pertanto vale la conservazione della quantità di moto, da cui
quindi
dove il segno meno indica il fatto che la velocità della barca e la velocità della ragazza sono di verso opposto.
Elena e Camilla, inizialmente ferme una di fronte all’altra in una pista di pattinaggio sul ghiaccio, si spingono e cominciano a muoversi nella stessa direzione, ma in versi opposti. Elena, che ha una massa di , si muove verso sinistra alla velocità di , Camilla si muove verso destra alla velocità di . Qual è la massa di Camilla?
Le forze esterne che agiscono sul sistema Elena-Camilla sono la forza peso e la reazione vincolare, pertanto sono forze a somma nulla. Possiamo quindi dire che la quantità di moto complessiva del sistema deve essere conservata. Siccome le ragazze sono inizialmente ferme la quantità di moto iniziale è zero, mentre la quantità di moto finale la possiamo calcolare come somma delle due quantità di moto, ossia
da cui
Dove abbiamo fissato il verso della velocità di Elena come verso positivo.
Una tennista cerca di mettere a segno un bel colpo sul “lungo linea” ma una folata di vento forte soffia per in direzione perpendicolare, con una forza pari a . A causa del vento la pallina () devia la sua traiettoria di . Come si vede nella figura, , e la palla esce di pochissimo sulla sinistra.
Qual è la velocità che la tennista imprime alla palla?
Osserviamo che il triangolo rettangolo formato da e e di angolo acuto è un triangolo rettangolo simile a quello formato dalle velocità, infatti la velocità finale della pallina la otteniamo facendo la somma vettoriale della velocità impressa dal tennista e di quella impressa dal vento. Pertanto
nel triangolo degli spostamenti, mentre nel triangolo delle velocità abbiamo che
in quanto la velocità del vento, a livello vettoriale, è esattamente la variazione tra velocità finale e iniziale. Pertanto
Una volta dedotto questo, e ricordato il teorema dell’impulso, abbiamo che
Elisa, mentre sta viaggiando a sulla sua auto di massa , vede un cane che attraversa la strada e frena, fermandosi in una distanza di . Quale è il lavoro compiuto dalla forza frenante?
L’automobile di Elisa si ferma completamente in pertanto, supponendo che la frenata avvenga con un moto uniformemente accelerato, la sua decelerazione sarà
da cui
Che, grazie al secondo principio della dinamica, sappiamo essere prodotta da una forza frenante pari a
Due palle, di massa e sono lasciate cadere da un balcone. Un istante prima che tocchino il suolo qual è il rapporto tra le loro energie cinetiche? E il rapporto tra le loro velocità?
La velocità che un corpo possiede quando è in caduta libero non dipende dalla sua massa, ma dipende esclusivamente dalla forza di gravità del pianeta in cui si trova. Quindi le due palle, un istante prima che tocchino il suolo, avranno la stessa velocità e pertanto il rapporto tra le energia cinetiche sarà
Mentre, come già detto, il rapporto tra le velocità sarà .
L’energia cinetica di un corpo è espressa dalla formula
da cui
Per rispondere alla seconda domanda abbiamo due approcci, il primo è quello di utilizzare la formula dell’energia cinetica con la velocità di , il secondo è quello di osservare che la relazione che lega la velocità all’energia cinetica è una relazione quadratica, quindi al raddoppiare della velocità l’energia cinetica quadruplica.