Lezione 2 - Lo studio del moto
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- Beata Romagnoli
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1 Lezione 2 - Lo studio del moto Tradizionalmente lo studio del moto viene diviso in cinematica e dinamica Cinematica pura descrizione del moto Dinamica investigazione sulle cause del moto con l applicazione del metodo scientifico Fisica Generale per Architettura - G. Cantatore 1
2 Grandezze fisiche importanti Distanza (spostamenti) vettore, si misura in [m] Tempo (intervalli di tempo) scalare, si misura in [s] Velocità (media o istantanea) vettore, si misura in [m/s] Accelerazione (media o istantanea) vettore, si misura in [m/s 2 ] Fisica Generale per Architettura - G. Cantatore 2
3 Scalari e vettori Gli scalari non hanno proprietà direzionali e sono descritti da un solo numero I vettori hanno proprietà direzionali e sono descritti, nello spazio 3D, da tre numeri r A = A xˆ i + A ˆ y j + A ˆ z k P ( A x, A y, A ) z î A x ˆk A z A P Ay ĵ Fisica Generale per Architettura - G. Cantatore 3
4 Velocità (caso unidimensionale) Velocità media distanza percorsa tempo impiegato m s Velocità istantanea Δx = dx Δt Δt 0 dt = v Δx x velocità istantanea θ velocità media t Δt Fisica Generale per Architettura - G. Cantatore 4
5 Accelerazione (caso unidimensionale) Accelerazione media variazione di velocità intervallo di tempo m s 2 Accelerazione istantanea v accelerazione istantanea Δv = dv Δt Δt 0 dt = a Δv Δt accelerazione media t Fisica Generale per Architettura - G. Cantatore 5
6 Moto unidimensionale: caso dell'accelerazione costante posizione la pendenza cambia velocità pendenza = a tempo tempo accelerazione pendenza nulla tempo Fisica Generale per Architettura - G. Cantatore illustrazione tratta da: D.Halliday, R.Resnick, J.Walker, Fondamenti di Fisica, IV Ed., Ambrosiana, Milano(1998) 6
7 Accelerazione costante: formule Equazione (grandezza implicita) v = v 0 + at x x 0 x x 0 = v 0 t at 2 v v = v a( x x ) 0 t x x 0 = 1 2 ( v 0 + v)t a x x 0 = vt 1 2 at v 0 Fisica Generale per Architettura - G. Cantatore 7
8 L'accelerazione di gravità Un caso pratico importante di moto uniformemente accelerato è quello causato della gravità terrestre (Galilei) L'accelerazione ha la stessa intensità per tutti i corpi, indpendentemente da forma, massa e composizione, ed è diretta verso il centro della terra. illustrazione tratta da: D.Halliday, R.Resnick, J.Walker, Fondamenti di Fisica, IV Ed., Ambrosiana, Milano (1998) g = 9.81 m /s 2 Le equazioni che descrivono la caduta dei gravi sono quelle appena viste con a = g Galileo Galilei ( ) Fisica Generale per Architettura - G. Cantatore 8
9 Moto in più dimensioni Il moto in più dimensioni si descrive utilizzando i vettori vettore posizione illustrazione tratta da: Halliday-Resnick-Walker, Fondamenti di Fisica, IV Ed., Ambrosiana, Milano traiettoria del punto P vettore velocità vettore accelerazione Importante! Il vettore posizione può essere descritto anche descrivendo separatamente le sue componenti Composizione dei movimenti Fisica Generale per Architettura - G. Cantatore 9
10 Moto in 2D: il "proiettile" I moti verticale ed orizzontale possono essere considerati separatamente Orizzontale: moto rettilineo uniforme Verticale: moto uniformemente accelerato Proiettile illustrazioni tratte da: Halliday-Resnick-Walker, Fondamenti di Fisica, IV Ed., Ambrosiana, Milano Fisica Generale per Architettura - G. Cantatore 10
11 Moto in 2D segue La fotografia dimostra che moti verticale ed orizzontale sono in effetti indipendenti l'uno dall'altro Moto orizzontale Moto verticale La traiettoria è una parabola y = ( tan θ 0 )x x x 0 = v 0x t y y 0 = v 0 x t 1 2 gt 2 gx 2 2( v 0 cosθ ) ; tan θ 0 = v 0x 0 v 0y illustrazione tratta da: Halliday-Resnick-Walker, Fondamenti di Fisica, IV Ed., Ambrosiana, Milano Fisica Generale per Architettura - G. Cantatore 11
12 Moto in 2D: moto circolare uniforme Un corpo in movimento lungo una circonferenza con velocità scalare costante si dice in moto circolare uniforme Il corpo risulta comunque accelerato perchè il vettore velocità cambia direzione, e quindi varia, istante per istante L'accelerazione è centripeta Moto circolare uniforme illustrazioni tratte da: Halliday-Resnick-Walker, Fondamenti di Fisica, IV Ed., Ambrosiana, Milano Fisica Generale per Architettura - G. Cantatore 12
13 Fisica Generale per Architettura - G. Cantatore 13
14 Frequenza e periodo Definiamo due quantità relative ai moti periodici che saranno importanti per il seguito: frequenza e periodo Periodo: tempo necessario perchè il moto completi un ciclo intero (nel moto circolare uniforme è il tempo occorrente al corpo in moto per completare una circonferenza) Frequenza : numero di cicli completati in 1 s T[s] = 1 f[hz] Fisica Generale per Architettura - G. Cantatore 14
15 Dinamica: le cause del moto Abbiamo finora ignorato le cause del moto: non ci siamo cioè chiesti perchè i corpi si muovono Newton si pose questa domanda e la risposta che diede è oggi la base della meccanica newtoniana L'idea di Newton è quella di attribuire la responsabilità del moto dei corpi a degli agenti chiamati forze: dette forze possono essere esercitate da corpi su altri corpi sia a contatto sia a distanza La meccanica newtoniana studia in modo quantitativo le forze e come influenzano il moto dei corpi ed è valida per distanze che vanno dalle dimensioni degli atomi alle separazioni tra galassie Fisica Generale per Architettura - G. Cantatore 15
16 Primo principio I principi di Newton un corpo non soggetto a forze persevera nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme Secondo principio Terzo principio F i = m a se un corpo esercita su un altro corpo una forza, il secondo corpo reagirà esercitando sul primo una forza uguale e contraria Fisica Generale per Architettura - G. Cantatore 16
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