MOTO IN DUE DIMENSIONI y ry (t1 ) piano x-y traiettoria r (t1 ) r (t2 ) rx (t1 ) x Velocità vettoriale y Δr = r (t2 ) − r (t1 ) v(t1 ) r (t1 ) Δr r (t 2 ) − r (t1 ) vm = = Δt t 2 − t1 vm Δr r (t2 ) v(t 2 ) x Δr vi = lim Δt →0 Δt dr = dt Accelerazione vettoriale Δ v v ( t ) − v ( t ) 2 1 Δv = v (t2 ) − v (t1 ) am = = Δt t 2 − t1 vi (t1 ) y r (t1 ) Δv r (t2 ) vi (t2 ) x Δv ai = lim Δt →0 Δt dv = dt accelerazione tangenziale e radiale y ar traiettoria at at ar at a ar a a = ar + at x modulo velocità acc. tangenziale cambia acc. radiale direzione velocità Equazioni vettoriali y ry r j i rx x r = rx i + ry j dr drx dry v= = i+ j = vx i + v y j dt dt dt dv dv x dv y a= = i+ j = ax i + a y j dt dt dt a x rx v x r → ry v → v y a → a y a r v z z z vx = v0 x + a xt v = v0 + at ⇒ v y = v0 y + a y t vz = v0 z + a z t Coordinate intrinseche Il vantaggio della notazione vettoriale sta nel fatto che è indipendente dal sistema di coordinate, e quindi permette di scrivere in maniera semplice le equazioni senza preoccuparsi di definire un sistema di coordinate. Consideriamo s coordinata curvilinea ds v = u t = vu t dt Coordinate intrinseche accelerazione ds v = u t = vu t dt dv d 2r a= = dt dt 2 a= d (vu t ) dv du dv dΦ = ut + v t = ut + v un dt dt dt dt dt dΦ dΦ ds 1 = = v dt ds dt R a= Accelerazione tangenziale dv dΦ dv v ut + v un = ut + 2 u n = at + a n dt dt dt R Accelerazione normale o centripeta Moto circolare ϑ (t ) = s(t ) R y ut un x(t ) = R cos ϑ (t ) y (t ) = R sen ϑ (t ) s θ O R costante! x Moto circolare uniforme ha accelerazione normale alla traiettoria dω v a=R ut + 2 u n = at + a n dt R dϑ (t ) 1 ds v ω (t ) = = = dt R dt R s(t ) = s0 + vt ϑ (t ) = ϑ0 + ω t Moto periodico con periodo 2πR 2π T= = v ω Moto circolare ϑ (t ) = s(t ) R y ut un x(t ) = R cos ϑ (t ) y (t ) = R sen ϑ (t ) s θ O R costante! x Moto circolare uniforme ha accelerazione normale alla traiettoria dω v a=R ut + 2 u n = at + a n dt R dϑ (t ) 1 ds v ω (t ) = = = dt R dt R s(t ) = s0 + vt ϑ (t ) = ϑ0 + ω t Moto periodico con periodo 2πR 2π T= = v ω Moto circolare Esempio Il rotore di una centrifuga ruota a 3000 giri/min. A quanti radianti al secondo equivale questa velocità angolare? Sapendo che il rotore ha un diametro di 30 cm, calcolare il modulo della velocità tangenziale e dell'accelerazione centripeta. Un giro del rotore è uguale a 2π radianti, dunque la velocità angolare è: ω = 3000 2π (rad/min) = 6000π rad/min = 100π rad/sec. Il modulo della velocità tangenziale è ω r: v = (2π r / T) = ω r da cui si ottiene: v = 100π rad/sec 0,15 m = 15π m/sec Il modulo dell'accelerazione centripeta è ω2r=v2/r=15000m/sec2. Lancio con velocità orizzontale Il pacco lanciato dall aereo MOTO DEL PROIETTILE a y = − g v y = v 0 y − gt y = y 0 + v 0 y t − 1 gt 2 2 v x = v0 x x = x 0 + v0 x t y x • accelerazione g costante verso il basso • no resistenza aria moto con traiettoria parabolica Lancio con velocità verticale g a = − gyˆ java y θ =0 ymax v0 y vy v0 vy = 0 θ v0 x v0 x traiettoria parabolica v0 x vy θ0 v0 x v0 x vy gittata x Moto parabolico Equazione della traiettoria x(t ) = v0 cos θ t y (t ) = v sinθ t − 1 gt 2 0 2 x t = v cos θ 0 x 1 x y = v0 sinθ − g v0 cos θ 2 v0 cos θ Moto di tipo parabolico 2 g 2 = x tgθ − x 2v02 cos 2 θ Lancio con velocità verticale Lancio con velocità verticale Moto parabolico Ricordiamo il caso unidimensionale dx v= dt t ⇒ x(t ) = x0 + v(t )dt ∫ t0 asse x asse y t x(t ) = x(0) + v x (t )dt = v0 cos θ t 0 t y (t ) = y (0) + v (t )dt = v sinθ t − 1 gt 2 y 0 2 0 ∫ ⇒ ∫ Moto parabolico Equazione della traiettoria x(t ) = v0 cos θ t y (t ) = v sinθ t − 1 gt 2 0 2 x t = v cos θ 0 x 1 x y = v0 sinθ − g v0 cos θ 2 v0 cos θ Moto di tipo parabolico 2 g 2 = x tgθ − x 2v02 cos 2 θ Moto parabolico Calcolo di gittata e massima quota raggiunta dall oggetto g 2 y = x tgθ − 2 x 2v0 cos 2 θ per il calcolo della gittata OG impongo y=0 e ottengo 2v02 cos 2 θ tgθ 2v02 cosθ sin θ x= = g g notiamo che il massimo viene raggiunto per il valore v02 cosθ sin θ x = g 2 2 v sin θ y = 0 2g Moto parabolico Esempio Un arciere lancia una freccia in aria con un'inclinazione di 60 gradi, ad una distanza di 36 metri da un bersaglio posto a 2 metri dal suolo. La freccia viene scoccata da un'altezza di 1.5 metri dal terreno e con una velocità iniziale, V0 di 20 m/s . Verificare se la freccia riesce a colpire il bersaglio. Soluzione: Incognite: tvolo (tempo necessario affinché la freccia copra la distanza di 36 metri); y(tvolo) (altezza della freccia dopo i 36 metri di volo); Per determinare la velocità iniziale della freccia: Per il calcolo del tempo di volo tvolo: Per determinare V0y: Per determinare y(tvolo): V0x= V0*cos(θ) Quindi V0x= 10 m/s tvolo=x/V0x=36m/10m/s=3.6 s V0y = V0.sen(θ)= 17 m/s y(tvolo) = (V0y*tvolo) + (1/2g*tvolo2 )= (17 m/s *3.6 s) +(- 4.9 m/s2 * 13 s2) = -2.3 m Dal risultato negativo si deduce che la freccia cade in anticipo e quindi il bersaglio non viene colpito. Affinché il bersaglio venga colpito y(t) avrebbe dovuto essere uguale a 0.5 m.