Capitolo Il moto in una dimensione

Il moto di un punto materiale

Il punto materiale

Consideriamo una barca a vela che si muove sospinta dal vento.

1Descrivere il suo moto fra le onde è piuttosto complicato. 2Se però osserviamo la barca da molto lontano, il suo moto appare regolare e può essere descritto come il moto di un punto su un piano.
   

Approssimare un corpo a un punto semplifica lo studio del suo moto.

Un corpo può essere approssimato a un punto materiale quando le sue dimensioni sono trascurabili rispetto alle distanze che percorre.

Quanto?La Terra è puntiforme...

La Terra può essere considerata un punto materiale nel suo moto attorno al Sole perché il suo diametro, circa 104 km, è trascurabile rispetto alla lunghezza della sua orbita, circa 109 km.

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Il moto di un punto materiale

La traiettoria

Quando un corpo in moto può essere approssimato a un punto materiale si può parlare della sua traiettoria.

Si dice traiettoria l’insieme dei punti attraverso i quali passa un punto materiale durante il suo moto.

La traiettoria è quindi una linea che può essere anche molto complicata...

1... come quella di un aliante in evoluzione. 2... come quella di uno scarabeo nel deserto.
   

La traiettoria più semplice è quella rettilinea.

Un corpo si muove di moto rettilineo quando la sua traiettoria è un segmento di retta.

Il moto di un ascensore e la caduta di una goccia di pioggia, in assenza di vento, sono esempi di moti rettilinei.

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Il moto di un punto materiale

Sistema di riferimento e posizione

Un treno Freccia Rossa è lanciato a grande velocità sulla linea Milano-Bologna in direzione di Bologna. Un passeggero si muove verso la coda del treno.

1Osservato dall’interno del treno, il passeggero si sposta verso Milano. 2Osservato da un viadotto, il passeggero si muove verso Bologna.
   

Osservatori diversi descrivono il moto del passeggero in modi diversi. Entrambe le descrizioni sono corrette, ma ciascuna di esse ha significato solo se si specifica il riferimento utilizzato per indicare le posizioni del passeggero.

In generale, per descrivere il moto rettilineo di un corpo si utilizza un sistema di riferimento costituito da:

  • un asse coordinato che contiene la traiettoria del corpo; l’asse è una retta sulla qua-le sono fissati un punto detto origine, un verso positivo e un’unità di misura di lunghezza;
  • un orologio per misurare i tempi.

 

A ciascun punto della traiettoria corrisponde un punto dell’asse e quindi una coordinata s detta posizione del corpo. Mediante l’orologio si può determinare inoltre l’istante di tempo t in cui il corpo è in una particolare posizione.

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Il moto di un punto materiale

La legge oraria

La descrizione del moto di un corpo è completa quando si conosce la posizione s del corpo a ogni istante t, cioè quando è nota la relazione che lega t e s.

La legge oraria di un corpo è la relazione che lega l’istante di tempo t e la posizione s del corpo a quell’istante.

In alcuni casi molto importanti, la legge oraria è una funzione s = s(t) che consente di calcolare la posizione s del corpo in un dato istante t.

Quanto? Il lancio dello Shuttle

Nei primi 5 minuti dopo il lancio, il moto verso l’alto dello Shuttle è descritto dalla seguente legge oraria (fonte NASA):

s = 611 − 105 ⋅ t + 5,57 ⋅ t2 − 0,0143 ⋅ t3

Possiamo calcolare l’altezza s dello Shuttle in alcuni istanti di tempo t:

  • per t = 20 s si ha s = 611 − 105 ⋅ 20 + 5,57 ⋅ 202 − 0,0143 ⋅ 203 = 6 ⋅ 102 m
  • per t = 20 s si ha s = 611 − 105 ⋅ 40 + 5,57 ⋅ 402 − 0,0143 ⋅ 403 = 4⋅ 103 m
  • per t = 60 s si ha s = 611 − 105 ⋅ 60 + 5,57 ⋅ 602 − 0,0143 ⋅ 603 = 1⋅ 104 m
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Il moto di un punto materiale

Spostamento

Consideriamo un corpo che all’istante t1 è nella posizione s1 e all’istante t2 è nella posizione s2.

Si dice spostamento Δs = s2s1 la variazione di posizione del corpo.

L’unità di misura dello spostamento è il metro (m).

1Lo spostamento è positivo se s2 > s1: il corpo compie un movimento totale nel verso positivo dell’asse di riferimento. 2Lo spostamento è negativo se s2 < s1: il corpo compie un movimento totale nel verso negativo dell’asse di riferimento.
Δs = s2s1 = 4 m − 1 m = + 3 m Δs = s2s1 = 2 m − 5 m = − 3 m
   

Lo spostamento effettuato da un corpo in moto e la distanza da esso percorsa non sempre coincidono. Consideriamo il moto di un ascensore che descriviamo rispetto a un asse verticale con l’origine al pianterreno. All’istante t1 l’ascensore è al pianterreno.

1All’istante t2 l’ascensore è a 20 m dal pianterreno. Nell’intervallo t2t1 lo spostamento è 2All’istante t3 l’ascensore è a 8 m dal pianterreno. Nell’intervallo t3t1 lo spostamento totale è
Δs = s2s1 = 20 m − 0 m = 20 m Δs = s3s1 = 8 m − 0 m = 8 m
e perciò la distanza percorsa è però la distanza percorsa è
d = 20 m d = 20 m + 8 m = 28 m
   

In un moto rettilineo lo spostamento e la distanza hanno lo stesso valore solo quando il corpo non cambia il verso del moto.

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