Capitolo Il moto in una dimensione

L’accelerazione

L’accelerazione media

Partendo da ferma, un’auto sportiva impiega circa 4 s per raggiungere i 100 km/h, mentre un’utilitaria può impiegarci più di 13 s. Durante il moto la velocità delle auto è cambiata della stessa quantità, 100 km/h, ma il cambiamento ha avuto luogo in intervalli di tempo molto diversi.

La grandezza che descrivere in termini quantitativi la rapidità con cui varia la velocità è l’accelerazione media.

L’accelerazione media \( \overline{a} \) di un corpo è il rapporto fra la variazione di velocità Δv del corpo e l’intervallo di tempo Δt in cui è avvenuta:\[ \overline{a}=\frac{{\Delta}{v}}{{\Delta}{t}} \]

Dentro la formula

  • Nel Sistema Internazionale l’accelerazione si misura in metri al secondo al secondo o (m/s)/s = m/s2.
  • Nella pratica l’accelerazione si può misurare anche in kilometri all’ora al secondo o (km/h)/s.
  • Se un corpo ha la velocità v1 all’istante t1 e la velocità v2 all’istante t2, la sua accelerazione media nell’intervallo di tempo fra t1 e t2 si calcola con la formula:
\[ \overline{{a}}=\frac{{{v}}_{2}-{{v}}_{1}}{{{t}}_{2}-{{t}}_{1}} \]

 

Esempi

 

Il segno dell’accelerazione media dipende dal segno della variazione della velocità.

1Quando la velocità finale è maggiore di quella iniziale, Δv = v2v1> 0 e l’accelerazione media è positiva.  
2Quando la velocità finale è minore di quella iniziale, Δv = v2v1< 0 e l’accelerazione media è negativa.  

Quando l’accelerazione ha il segno opposto alla velocità, come nei casi B e C, il corpo rallenta. In questo caso si dice che subisce una decelerazione.

Quanto?La decelerazione durante una staccata

In una gara di MotoGP, i motociclisti effettuano frenate molto violente dette «staccate». In una tipica staccata, alla fine di un rettilineo, la velocità passa da 280 km a 80 km in circa 5 s, con una decelerazione media di

\[ \overline{{a}}=\frac{{280}\,{{\mathrm{km}}\hspace{1pt}}\mathrm{/}{\hspace{1pt}{\mathrm{h}}}-{80}\,{{\mathrm{km}}\hspace{1pt}}\mathrm{/}{\hspace{1pt}{\mathrm{h}}}}{{5}\,{\mathrm{s}}}=\;{40}\,\frac{{{\mathrm{k}} {\mathrm{m}}\hspace{1pt}}\mathrm{/}{\hspace{1pt}{\mathrm{h}}}}{\mathrm{s}}=\frac{40}{3\mathrm{,}6}\,\frac{{{\mathrm{m}}\hspace{1pt}}\mathrm{/}{\mathrm{s}}}{\mathrm{s}}=\;{1}\cdot{10}\,{{{\mathrm{m}}\hspace{1pt}}\mathrm{/}{\mathrm{s}}}^{2} \]

 

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Mezzofondista che inizia la volata 1 m/s2
Monoposto di Formula 1 durante la partenza 1·10 m/s2
Lingua di un camaleonte mentre cattura un insetto 3·102 m/s2
Pallone calciato con forza 3·103 m/s2
Palla da baseball colpita dalla mazza 9·104 m/s2
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L’accelerazione

L’accelerazione istantanea

In genere durante il moto l’accelerazione cambia. Per determinare l’accelerazione istantanea si procede in modo analogo al caso della velocità istantanea: si misura la variazione di velocità Δv in un intervallo di tempo Δt molto piccolo e si calcola l’accelerazione media \( \overline{{a}}={\mathrm{\Delta}{{v}}}{/}{\mathrm{\Delta}{{t}}} \). Se Δt è molto piccolo, l’accelerazione rimane praticamente invariata durante la misurazione e coincide proprio con l’accelerazione media durante quell'intervallo di tempo.

L'accelerazione istantanea è il valore limite a cui tende il rapporto Δvt quando Δt tende a zero: \[ {{a}}\;=\mathop{\lim}\limits_{\mathrm{\Delta}{{t}}\mathrm{\rightarrow}{0}}\frac{\mathrm{\Delta}{{v}}}{\mathrm{\Delta}{{t}}} \]

Dentro la formula

  • La formula si legge così: «a è il limite a cui tende il rapporto Δvt per Δt tendente a zero».
  • La variazione di velocità Δv diminuisce al diminuire dell’intervallo di tempo Δt in cui si misura: quindi Δv tende a zero quando Δt tende a zero. Però il rapporto Δvt non perde significato, ma tende all’accelerazione istantanea a.

Esempio

Gli accelerometri che attivano gli airbag in caso di urto misurano le variazioni di velocità di un’automobile in un intervallo di tempo di 10−2 s. 

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