Nella figura è riprodotta la traiettoria di un punto materiale, che passa per i punti A, B, C e D, rispettivamente, negli istanti , , e .
Traccia i vettori spostamento da A a B, da A a C e da A a D. Determina il modulo della velocità media del punto materiale durante ciascuno di questi spostamenti.
I vettori spostamento sono vettori che hanno come punto di partenza il punto di partenza del moto e come punto di arrivo il punto di arrivo del moto, quindi possiamo rappresentare i tre vettori spostamento nel seguente modo.
Per determinare le tre velocità medie bisogna prima calcolare il modulo del vettore spostamento, ossia il modulo dei tre vettori rosso, blu e verde, e poi applicare la definizione di velocità media, quindi
per cui procediamo con il teorema di Pitagora per determinare i moduli dei vettori spostamento
La velocità istantanea di un paracadutista che sta planando, scomposta lungo due direzione perpendicolari e , ha moduli dei vettori componenti pari a e . Agendo sulle leve del paracadute dopo , il paracadutista riesce a dimezzare il modulo del vettore componente verticale e ad aumentare quello del vettore componente orizzontale fino al valore . Calcola i moduli dei vettori componenti dell’accelerazione media in questo intervallo di tempo. Quanto vale il modulo del vettore velocità istantanea dopo la manovra?
Un aereo militare sta viaggiando verso Nord alla velocità di . In una manovra di emergenza inverte rapidamente la rotta e dopo è diretto verso Sud con una velocità finale di modulo . Determina direzione e verso del vettore variazione di velocità. Qual è il modulo dell’accelerazione media dell’aereo in questo intervallo di tempo?
Sappiamo che questa sottrazione equivale a sommare il vettore velocità finale con l’inverso del vettore velocità iniziale e quindi siamo di fronte a un vettore diretto come il vettore velocità finale (quindi verso Sud) e di modulo pari a
per quanto riguarda il modulo dell’accelerazione media utilizziamo la definizione di accelerazione, ossia
Siamo di fronte a un moto rettilineo uniforme di velocità quindi per determinare il tempo necessario a raggiungere Arezzo ci basta determinare la distanza tra Siena e Arezzo, per fare questo possiamo utilizzare il teorema di Pitagora, quindi
una volta determinata la distanza con le formule del moto rettilineo uniforme calcoliamo il tempo, quindi
Mattia si trova nel punto di coordinate e si muove verso il punto come indicato nella figura. L’angolo fra i due segmenti disegnati nella figura vale . Calcola la lunghezza del vettore spostamento. Calcola la distanza totale percorsa.
La differenza tra vettore spostamento e spostamento totale sta nel fatto che il primo è la distanza geometrica che c’è tra il punto A e il punto B, e pertanto la possiamo calcolare utilizzando il teorema di Pitagora nel seguente modo
Per calcolare lo spostamento complessivo dobbiamo invece determinare le lunghezze dei due spostamenti rossi e poi sommarle e per cui dobbiamo determinare la coordinata del vertice dell’angolo retto. Per fare questo ci sono diversi modi noi ne proponiamo uno formale e uno grafico. Per determinare la coordinata dal punto di vista grafico basta fare il disegno e osservare che tale coordinata è , ovviamente questo metodo non possiamo considerarlo attendibile pertanto proponiamo anche un metodo geometrico. Osserviamo che trovare tale coordinata è uguale a determinare la in questo problema geometrico
In questo problema compaiono quattro triangoli rettangoli sui quali possiamo scrivere il teorema di Pitagora e ottenere (per semplicità non riportiamo le unità di misura)
che sostituendo alla prima le altre due diventa
questa equazione di secondo grado ha due soluzioni che sono e che rappresentano i due triangoli rettangoli di cateti rispettivamente e e viceversa. La nostra soluzione cercata è la prima, da cui risulta che la coordinata del punto cercato è . Una volta osservato questo possiamo calcolare i due spostamenti e con il teorema di Pitagora e poi sommarli, da cui
Un aereo vola in direzione Nord-Ovest per , poi, a causa della rotazione terrestre, deve correggere la sua rotta per giungere a destinazione, e percorrere altri in direzione Nord. Disegna i due vettori spostamento. Calcola il valore dello spostamento totale.
Per rappresentare graficamente i due vettori spostamento utilizziamo un piano cartesiano e rappresentiamo i tre vettori spostamento nel seguente modo
Dove il vettore rosso rappresenta lo spostamento verso Nord-Ovest, quello verde lo spostamento verso Nord e infine il vettore blu lo spostamento complessivo. Per determinare lo spostamento totale utilizziamo il teorema di Pitagora, ma prima dobbiamo determinare le componenti del vettore blu, ossia le componenti del vettore spostamento, quindi
Alessia cammina per in direzione Nord, poi svolta a destra di e cammina altri , dopo di che svolta di altri verso destra e cammina per altri . Disegna gli spostamenti di Alessia in un piano cartesiano. Calcola il valore dello spostamento totale.
Se assumiamo la direzione Nord diretta come l’asse allora possiamo rappresentare il movimento di Alessia nel seguente modo
Dove l’unità di misura scelta su entrambi gli assi cartesiani è il metro. Una volta visto questo per determinare lo spostamento complessivo (il vettore nero) possiamo utilizzare il teorema di Pitagora, ossia
Per disegnare i vettori spostamento bisogna disegnare dei vettori applicati (cioè che hanno il punto di partenza) nel punto da cui parte il movimento e che arrivano nel punto in cui termina il movimento, per cui
Per calcolare il modulo dello spostamento utilizziamo invece il teorema di Pitagora, ossia
Una pallina di gomma viene lanciata due volte, con lo stesso modulo della velocità e a due angoli complementari. In entrambi i casi la gittata del lancio vale . La differenza tra le due quote massime raggiunte dalla pallina nei due lanci vale . Determina il modulo della velocità iniziale e il valore dei due angoli di lancio.
Sappiamo che il moto di un proiettile è un particolare moto in due dimensioni dove lungo l’asse l’oggetto si muove di moto rettilineo uniforme mentre lungo l’asse si muove di moto uniformemente accelerato con accelerazione . Una volta ricordato questo possiamo esplicitare la velocità iniziale di un proiettile che parte formando un angolo tramite la seguente formula
inoltre sappiamo anche che la massima altezza si calcola tramite la formula
mentre la gittata
per cui, mettendo a sistema le nostre informazioni, e sostituendo i due angoli complementari otteniamo
dove la seconda equazione contiene già l’informazione nota che angoli complementari generano la stessa gittata. da cui
Una volta fatto questo, e studiate le due formule di duplicazione
facendo il rapporto tra le due formule ottenute precedentemente otteniamo
Una volta determinato l’angolo con la formula scritta prima possiamo determinare la velocità, infatti
Un cestista si trova a una distanza orizzontale di dal canestro, che è posto a di altezza. Lancia la palla da un’altezza di in modo che la componente verticale della velocità iniziale sia uguale ai tre quarti della componente orizzontale. Calcola il modulo della velocità iniziale della palla e la durata del lancio verso il canestro.
Sappiamo che il moto di un proiettile è un particolare moto in due dimensioni dove lungo l’asse l’oggetto si muove di moto rettilineo uniforme mentre lungo l’asse si muove di moto uniformemente accelerato con accelerazione . Una volta osservato questo cerchiamo di capire l’angolo di lancio della palla, sappiamo che la velocità iniziale del lancio possiamo scriverla come
da cui
Una volta osservato questo osserviamo anche che la velocità è tale che nel tempo di volo il pallone percorre di moto rettilineo uniforme lungo la direzione , mentre la velocità permette al pallone di percorrere di moto uniformemente accelerato con accelerazione lungo la direzione , ossia
da cui
Una volta determinata la velocità possiamo determinare il tempo di volo usando la formula scritta prima