Gli elementi del moto: cinematica, velocità e forze in fisica

Gli elementi del moto

Il settore della fisica che si occupa del MOTO movimento dei corpi, si chiama CINEMATICA. Questa branca della fisica si occupa del movimento ma NON della cause che lo determinano.

un corpo FERMO è -> in STATO DI QUIETE un corpo che si trova in > STATO DI MOTO per definire lo Stato di moto servono 4 elementi fondamentali:

1. Il sistema di riferimento
2. La traiettoria
3. Lo spazio percorso
4. Il tempo

Il sistema di riferimento

Il sistema di riferimento: si riferisce al punto di vista da cui osserviamo il movimento, rispetto a cosa lo osserviamo. Questo punto di vista è il sistema di riferimento.

La traiettoria

La traiettoria: è l'insieme di tutti i punti toccati dal corpo in movimento (cioè che forma ha la linea immaginaria che copre quell'oggetto in movimento)

> Essa può essere RETTILINEA o CURVILINEA (Le traiettorie sono quasi sempre irregolari, ma se prendiamo come esempio le lancette di un orologio la traiettoria delle lancette sarà sempre circolare)

Lo spazio percorso

Lo Spazio percorso: cioè la lunghezza dello spostamento misurato in ogni unità di misura di lunghezza.

Il tempo impiegato

Il tempo impiegato: quanto ci mette l'oggetto a percorrere la traiettoria lunga ... cm?

La velocità di un oggetto

La VELOCITÀ di un oggetto indica quanto è lento o rapido il suo moto: La velocità di un corpo è il rapporto tra lo spazio percorso e il tempo impiegato:

Spazio Velocità = Tempo

S V = T1) Se l'atleta riesce a correre per 100 metri in 10 secondi, a che velocità è andato? Dati:

• S= 100
• T= 10

> V = S:T = 100: 10 = 10 m/s (metri al secondo) Un corpo che si muove 15 m/s si muove più velocemente di uno che fa 5 m/s. La velocità si calcola anche in km/h (kilometri all'ora).

Conversione da m/s a km/h

Come si passa da m/s a km/h? Si moltiplicano i m/s per 3,6

> Quindi l'atleta di prima che percorreva 10m/s percorre 36 km all'ora -> 10 x 3,6 = 36 km/h > Se invece una macchina percorre 110 km/h , percorre 30,5 metri al secondo > 110: 3,6 = 110 m/s

Formule inverse della velocità

Se, al posto della velocità, ci venisse chiesto di calcolare lo spazio o il tempo, conoscendo la velocità? In tal caso abbiamo bisogno delle formule inverse. Se la velocità è uguale allo spazio fratto il tempo, allora:

• S= VxT Lo spazio è uguale alla velocità moltiplicata per il tempo
• T = S : V Il tempo è uguale allo spazio fratto la velocità

Le Grandezze fisiche

In Fisica una grandezza è qualsiasi proprietà che può essere misurato: il volume di un recipiente, la lunghezza di una strada, il tempo, la massa (quello che comunemente/erroneamente chiamiamo peso), la temperatura ...

Tipi di grandezza

Esistono 2 tipi di grandezza: grandezze variabili: che cambiano nel corso dell'esperimento tipo la temperatura grandezze costanti: rimangono invariate durante l'esperimento tipo la massaLe grandezze si dicono direttamente proporzionali quando cambiano allo stesso modo: 1 raddoppia, l'altra raddoppia, una triplica, l'altra triplica > il loro rapporto è COSTANTE Es: se un uomo guadagna 10 Euro l'ora, al raddoppiare delle ore, raddoppierà quanto ha guadagnato etc Es 2: se un atleta corre ad una velocità costante (6 km/h, velocità costante che non cambia mai) in un'ora compre 6 km, nel doppio del tempio 12 km, nel triplo del tempo 18 km ovvero il triplo dei km iniziali. Quindi anche velocità e tempo sono direttamente proporzionali 6:1 = 12:2 = 18 : 3 > il loro rapporto è COSTANTE Il grafico sul piano cartesiano di queste grandezze è una semiretta che parte dall'origine AL CONTRARIO Le grandezze si dicono inversamente proporzionali se al raddoppiare della prima si dimezza la seconda, al triplicarsi della prima la seconda diventa 1/3 etc > il loro prodotto è COSTANTE Due velocità inversamente proporzionali sono il tempo e la velocità: Devo percorrere 60 km Se vado a 60 km/h percorro 60 km in un'ora Se dimezzo la velocità (30 km/h) per percorrere gli stessi 60 km il tempo raddoppia Se raddoppio la velocità (120 km/h) per percorrere gli stessi 60 km il tempo si dimezza Es: Il prodotto tra le due grandezze è costante: 60 km x 60 m = 3600 30 km x 120 m = 3600 120 km x 30 m = 3600 Il grafico sul piano cartesiano di queste grandezze è un'iperbole.

I tipi di moto

Quando un corpo si muove sempre con la stessa velocità si dice che la velocità è costante. Se percorre una Traiettoria rettilinea con velocità costante si dice che si muove con Moto rettilineo uniforme Questo principio si esprime con la legge oraria del moto rettilineo uniforme:

Spazio = velocità x tempo cioè S = V . t Es: Se un'auto va a 90 km/h in 3 ore percorre: s = 90 km/h x 3 h = 270 km Spazio e tempo nel moto rettilineo uniforme sono grandezze direttamente proporzionali e sul piano cartesiano si esprimono con una semiretta che parte dall'origine in cui più il moto è veloce più la semiretta si avvicinerà all'asse y.

Moto vario

Quando la velocità di un corpo NON è costante il movimento si dice moto vario. La sua velocità istantanea è variabile. È difficile descrivere la velocità in ogni istante (ovvero su ogni punto della traiettoria del moto) pertanto si considera la velocità media.

Velocità = Spazio Tempo

V = 5 Se un'auto impiega 12 ore a percorrere 600 km la sua velocità media è:

Vm == . 600 km 12 h - = 50 km/h

L'Accelerazione

L'Accelerazione: In fisica l'accelerazione è la rapidità con cui un corpo varia la velocità. Nel caso in cui la velocità diminuisca si chiama decelerazione. Quando si accelera o decelera il corpo passa da una velocità 1 ad una velocità 2: se si accelerà la velocità 2 sarà più alta, nel caso si deceleri la v2 sarà più bassa.Il cambiamento di velocità lo esprimiamo così:

cambiamento di velocità= v2 - v1 Questo cambiamento avviene in un intervallo di tempo Intervallo di tempo = t2 - t1 Quindi per calcolare l'accelerazione di un corpo si avrà

Accelerazione: = variazione della velocità intervallo di tempo

> a = 02-01 t2-t1 > Guarda esempio p. 80

Moto uniformemente accelerato

Moto uniformemente accelerato Un corpo parte da fermo e accelera in modo costante di 2 metri al secondo:

v1 = 2 m/s v2 = 4 m/s v3 = 6 m/s v4 =... v5 = .... Questo è il moto uniformemente accelerato e si ottiene con la seguente formula

V=a.t v32 = ??? v= 2 m/s x 32s = 64 m/sSe invece con lo stesso esempio vogliamo calcolare la distanza percorsa cioè lo spazio S, dopo un certo tempo t per un corpo che accelera in maniera uniforme, usiamo la seguente formula:

Legge oraria del moto uniformemente accelerato

S= 1. a. t2 S = =. 2m/s . 322 s = 1024 m Quindi un corpo che accelera costantemente per 2 metri al secondo per 32 secondi coprirà 1024 metri. Se rappresentiamo graficamente questo moto Uniformemente accelerato sul piano cartesiano otteniamo una PARABOLA.

Corpi in caduta libera

I corpi in caduta libera hanno un moto uniformemente accelerato Se lanciamo un sasso in un pozzo infinito quello è un corpo che ha un moto uniformemente accelerato (senza contate l'attrito cioè la resistenza ad esempio dell'aria). Un qualsiasi oggetto che cade in assenza di attrito si muove verso il centro della terra con una accelerazione costante di 9,8 m/s2: questa accelerazione si chiama accelerazione di gravità e si indica con g. Cosa significa? Significa che se lancio un sasso da un palazzo quello accelera costantemente di 9,8 m/s, dopo 2 secondi saranno 19,6 m/s, dopo 5 secondi sarà 49 m/s Quindi per studiare i corpi in caduta libera nella formula useremo g come valore costante:

Formula del moto dei corpi in caduta libera

v = a . t >v=g.t

Legge oraria del moto dei corpi in caduta libera

S = 1 . a . t2 > S = 1. g. t2 Un grande scienziato che fece moti esperimenti in merito fu Galileo Galilei Se vogliamo sapere la velocità con cui il corpo arriva a suolo secondo un moto uniforme usiamo la seguente formula:

V = 12g h Se un nuotatore si tuffa da 10 m dal trampolino avremo una velocità finale di:

V= 2xg x h = V2x 9,8 x 10= 1294 = 14 m/s che equivale a circa 50 km/h moltiplicando 14m/s per 3,6 come abbiamo visto in precedenza Galileo capì anche se lanciando la sfera da un palazzo o mettendola su un piano inclinato avrebbe avuto lo stesso risultato a patto che il piano inclinato partisse dalla stessa altezza: Una sfera lanciata da 15 m arriva a terra con la stessa velocità di un piano inclinato la cui partenza è posta sempre ad altezza di 15 m

Le Forze

Le Forze Per mettere in moto un corpo, per farlo accelerare, decelerare, cambiare direzione serve una FORZA (F).

Tipi di forza

La forza può essere 1) dinamica: se ha effetti sul movimento (una palla viene lanciata) 2) statica se riguarda la variazione dell'aspetto di un corpo (una palla viene schiacciata dalla forza delle mani)

Unità di misura della forza

L'unità di misura della Forza (dell'intensità della forza) si misura in newton (N) 1N è la forza che applicata a un corpo di massa 1Kg produce un'accelerazione di 1m/s2 cioè fa aumentare la sua velocità di 1 metro ogni secondo 1 N = 1kg x 1m/s2 La forza di 1 N corrisponde a 102 g Un'altra unità di misura è il Kg-peso che equivale a 9,8 N Lo strumento che misura la forza è il dinamometro

Elementi per descrivere una forza

Per spiegare come agisce una forza bisogna sapere

• Quanto è forte? > Intensità in N
• Dove agisce? > punto di applicazione
• Direzione
• Verso

Rappresentazione di una forza con un vettore

La forza può essere rappresentata da un VETTORE (una freccia)

B La punta della freccia indica il verso A La lunghezza della freccia indica il modulo (o intensità) La retta su cui giace indica la direzione Rappresentazione grafica di un vettore.

Forza risultante

Quasi sempre un corpo si sposta o si deforma perché su di esso sono applicate più forze: immagina di dover spostare un mobile pesante con un'altra persona: Si definisce RISULTANTE (R) l'effetto complessivo di tutte le forze applicate su un corpo.

Es: 1) Due forze che agiscono nella stessa direzione e stesso verso: l'intensità N è uguale alla somma delle intensità

R = F1 + F2

F1 F2/ R

2) Due forze hanno stessa direzione ma verso opposto, la risultante è la differenza delle intensità

R = F2 -F1

F2 F1 R3) Stessa direzione, stessa intensità ma verso opposto: la risultante sarà nulla

F1=F2 R= 0

F2

4) Due forze applicate nello stesso punto ma con direzione diversa.

F. R F2 Per Calcolare la risultante si disegna un parallelogramma che abbia come lati le due forze date e poi si disegnano i lati paralleli e la diagonale del parallema. F1 +F2 = R Forza risultante che avrà la stessa direzione della diagonale del parallelogramma.

F+F=R

R F