Fisica: La fisica studia i fenomeni naturali utilizzando il linguaggio

Fisica: La fisica studia i fenomeni naturali utilizzando il linguaggio della matematica. Il nome deriva dal Greco antico
physis= natura.
Cinematica: è il ramo della fisica che descrive il moto dei corpi
Tutti i corpi si muovono. Anche gli oggetti che ci sembrano immobili sono formati da atomi che vibrano con una
energia che aumenta all’aumentare della temperatura. Gli atomi a loro volta sono formati da parti in movimento: gli
elettroni ruotano intorno al nucleo atomico e i protoni e i neutroni che formano il nucleo si muovono sono anch’essi in
movimento.
Grandezza fisica: tutto ciò che si può misurare e quindi è dotato di unità di misura
Grandezza fisica costante: grandezza che ha sempre lo stesso valore
Grandezza fisica variabile: grandezza il cui valore può cambiare
Sistema di riferimento
Uno degli scopi principali della fisica è studiare il movimento dei corpi. Essi possono avere dimensioni “normali” ad
esempio automobili o corpi in caduta, possono essere molto piccoli ad esempio atomi oppure elettroni o molto grandi
come stelle o pianeti.
Per poter studiare il movimento dei corpi è necessario fissare un sistema di riferimento e cioè qualcosa rispetto al quale
riferire il movimento. Infatti un oggetto può apparire fermo oppure in movimento in base al punto di osservazione. Ad
esempio immagino di trovarmi su di un treno ed osservo la persona che è seduta davanti a me. Potrò dire che rispetto a
me quella persona è ferma. Per un osservatore che si trova al di fuori del treno le cose saranno diverse. Quando il treno
gli passerà dirà che la persona che è seduta nel treno si sta muovendo. In conclusione il movimento di un oggetto
dipende da chi lo sta osservando.
Un sistema di riferimento serve a riferire il movimento di un oggetto rispetto ad un punto stabilito.
Traiettoria: insieme dei punti nello spazio occupati dal corpo in movimento
Traiettoria rettilinea
Traiettoria circolare
Traiettoria irregolare
Stato di quiete: Un corpo fermo si dice che è in stato di quiete
Stato di moto (movimento): Un corpo in movimento si dice che è in stato di movimento
Considero un corpo che parte dal punto I e si ferma nel
punto F .
Il tratto continuo indica la traiettoria,
mentre il segmento tratteggiato congiunge la posizione di
partenza I  con la posizione di arrivo F
Spazio percorso: è la lunghezza della traiettoria
Spostamento: distanza tra il punto di partenza e quello di
arrivo
Se il punto di partenza coincide con quello di arrivo,
allora lo spostamento vale zero, mentre lo spazio
percorso può essere anche molto grande
1
La velocità
Per studiare il movimento di un corpo è necessario conoscere due quantità. Esse sono la posizione del punto e la sua
velocità. Vediamo invece come si può calcolare la sua velocità attraverso un esempio.
Se si considera la distanza tra due città ed una automobile che dalla prima città si dirige verso la seconda, sappiamo che
la velocità dipende da quanto tempo si impiega per percorrere questa distanza. Se si impiega poco tempo vuol dire che
si è stati molto veloci, se si impiega tanto tempo vuol dire che si è stati poco veloci.
La formula per calcolare la velocità è v 
s
( v indica la velocità, s indica lo spazio percorso e t indica il tempo
t
impiegato a percorrere quella distanza).
Formule inverse: s  v  t
t
e
s
v
Ricorda: la formula per calcolare lo spazio percorso è chiamata legge oraria quindi s  v  t è la legge oraria
Esempio: Un’automobile percorre una distanza di 150km in 2h. Calcola la sua velocità
s 150km
km

 75
t
2h
h
km
La velocità di 75
vuol dire che in’ora percorre 75km.
h
km
m
La velocità si può esprimere in 75
oppure in
(metri al secondo)
h
s
km
m
Se si conosce la velocità in
, si può trasformare in
con la seguente equivalenza:
h
s
v
km
m

si divide per 3,6
h
s
m
km

si moltiplica per 3,6
s
h
km 1000m
1 m
La dimostrazione di questa equivalenza si ricava così:


h
3600s 3,6 s
Esempio: un ciclista che si muove alla velocità di 25
Trasformo i 2500 m in km :
t
2500 m  2,5km
km
percorre una distanza di 2500 m , quanto tempo ci impiegherà?
h
s 2,5km 2,5
h


km 
 0,1h
km 25
v
km
25
h
Esempio: Un pedone percorre 300metri in 2 minuti. Calcola la sua velocità sia in
Prima trasformo i 2 minuti in secondi: 2 minuti  120s
v
s 300m
m

 2,5
t 120s
s
v  2,5
m
km
che in
s
h
m
km
 2,5  3,6  9
s
h
Compiti per casa:
1. Calcola la velocità se s  320km e t  2h trasforma poi il risultato ottenuto in
2. Calcola lo spazio percorso con una velocità di v  45
2
m
s
m
se il tempo impiegato è t  20s
s
Moto rettilineo uniforme
Analizziamo il significato della frase moto rettilineo uniforme
Moto
rettilineo
↓
↓
Movimento
La traiettoria è una retta
uniforme
↓
La velocità è costante
In pratica il moto rettilineo uniforme è un movimento in cui la velocità non cambia e la traiettoria del corpo in
movimento è rettilinea
Esempi di moto rettilineo uniforme
Traiettoria aereo
Fascio di luce di un faro
Formule per il moto rettilineo uniforme:
v
s
t
t
s
v
Legge oraria: s  v  t
Una formula più generale per il moto rettilineo uniforme è s  s 0  v  t
dove s0 indica la posizione iniziale e cioè la posizione del corpo all’stante zero ( t  0 )
Grafici spazio tempo
Sono dei grafici che riportano sull’asse delle ascisse il tempo e su quello delle ordinate lo spazio percorso
Il grafico della legge oraria del moto rettilineo uniforme ( s  v  t ) è una retta che passa per l’origine degli
assi cartesiani e la cui inclinazione dipende dalla velocità. Considero due esempi, nel primo suppongo che
v2
m
m
, nel secondo si ha v  3 e quindi le leggi orarie saranno s  2  t e s  3  t
s
s
Disegno i grafici
t
s  2t
t
s  3 t
0
1
2
0
2
4
0
1
2
0
3
6
Si vede che ho ottenuto delle rette passanti per
l’origine degli assi, posso concludere che tra spazio
percorso e tempo impiegato c’è una relazione di
proporzionalità diretta.
Si vede anche che al crescere della velocità
aumenta l’inclinazione del grafico.
3
Esercizi:
1. Rappresenta graficamente un moto rettilineo uniforme sapendo che la sua legge oraria è s  3  t e spiega cosa
rappresenta il numero tre.
2. La legge oraria di un moto rettilineo uniforme è s  4,5  t
a. Rappresentale graficamente
b. Qual è la velocità del corpo
c. Qual è lo spazio percorso al tempo t  0s ?
d. Qual è lo spazio percorso al tempo t  5s ?
e. Dopo quanto tempo avrà percorso 24 m?
3. Un ciclista si muove alla velocità di 12m / s .
a. Scrivi la sua legge oraria
b. Qual è lo spazio percorso al tempo t  9s ?
c. Quanto tempo è necessario per percorrere 144 m?
4. Un’automobile si muove a 80km/ h
a. Scrivi la sua legge oraria
b. Rappresentale graficamente
c. Qual è lo spazio percorso al tempo t  30s ?
d. Dopo quanto tempo avrà percorso 240 km?
5. Un atleta si muove alla velocità di 8,1m / s . Quale tratto di pista percorre in 6 minuti?
6. Un’automobile percorre 144 km in 1h e 20 minuti. Determina la sua velocità in m/ s e km/ h .
(suggerimento: conviene dapprima trasformare il tempo in secondi e quindi risalire dalla velocità espressa in
m/ s al suo valore in km/ h
7. Nel percorso da casa a scuola che è di 5 km, Luca impiega con il motorino 8 minuti e 22 secondi. Calcola la sua
velocità.
8. Un ciclista percorre la distanza di 50 km tra Bari e Taranto alla velocità costante di 6,25 m/ s . Trova il tempo
impiegato dal ciclista per andare da una città all’altra.
9. Un’automobile va da Rimini a Bologna distanti 112 km, alla velocità di 128km/ h Determina il tempo impiegato
dall’auto per andare da una città all’altra.
Accelerazione
L’accelerazione indica di quanto varia la velocità di un corpo in un certo intervallo di tempo e si calcola con la formula
a
v f  vi
t
in questa formula i simboli hanno il seguente significato:
a  accelerazione
v f  velocità finale
vi  velocità
t  intervallo di tempo durante il
del corpo
iniziale del corpo
quale la velocità cambia
L’unità di misura dell’accelerazione è
km
m
oppure 2
2
h
s
Esercizio: una automobile per superare una tartaruga passa dalla velocità di 10
5 secondi. Calcola l’accelerazione dell’automobile.
Dati: v f  50
m
s
vi  10
m
s
t  5 secondi
Soluzione:
a
v f  vi
t

50  10 40
m

8 2
5
5
s
4
m
m
alla velocità di 50 , in un tempo di
s
s
Moto uniformemente accelerato: è un movimento in cui l’accelerazione è costante e di conseguenza la velocità cambia
sempre con la stessa rapidità
La velocità si calcola con la formula v  a  t
Lo spazio percorso è dato da : s 
1
 a  t 2 (legge oraria)
2
Moto vario: è un moto in cui la velocità cambia continuamente senza seguire una regola precisa
Esempio: il grafico in basso mostra lo spostamento in funzione del tempo di un ciclista.
Il grafico ci permette di avere molte informazioni su come avviene il movimento.
Si vede subito che nei tratti 2 e 4 il ciclista è fermo, infatti anche se il tempo passa la sua posizione non cambia. Nei tratti
1 e 3 il ciclista procede in avanti, ma nel tratto 3 è più veloce rispetto al tratto 1, infatti nel tratto 1 percorre 2 km in
un’ora, mentre nel tratto 3 in un’ora ha percorso 3 km.
Per finire nel tratto 5 il ciclista è tornato indietro al punto di partenza.
Calcolo della velocità:
v
s 2km
km

2
t
1h
h
Tratto 1
v
s 3km
km

3
t
1h
h
v
Tratto 3
s 5km
km

 1,25
t
4h
h
Tratto 5
Esempio: due automobili partono dallo stesso punto di partenza e la durata del percorso è di 100km . Il viaggio comincia
alle ore 8.00. Il grafico dello spostamento due automobili è riportato in figura.
La prima macchina (A) segue il percorso
tratteggiato, mentre la seconda (B)
segue il percorso a tratto continuo.
Dal grafico si possono dedurre molte
cose:
1. La macchina A rimane ferma per
più di 3 ore, mentre la macchina
B solo per circa mezz’ora
2. La macchina B arriva alla fine del
percorso prima della A
3. Le due macchine sostano nella
stessa posizione per circa
mezz’ora
5
Il punto in cui il grafico incontra l’asse y indica la
posizione di partenza. Il grafico A indica un
corpo che al tempo zero parte dalla posizione 2
m. Il grafico B indica un corpo che al tempo zero
parte dalla posizione 0 m. Il grafico C indica un
corpo che al tempo 4 s parte dalla posizione 1
m. L’inclinazione della retta fornisce la velocità.
il corpo più veloce è B.
6
Accelerazione di gravità
Un esempio di moto uniformemente accelerato è il cosiddetto moto di caduta libera.
Sappiamo che qualunque oggetto se viene lasciato si dirigerà verso il basso.
Il motivo per cui questo avviene è la forza di gravità che attrae tutti gli oggetti verso il centro della Terra.
Come esempio immaginiamo di avere in mano una matita, all’inizio la sua velocità è zero in quanto essa è ferma nella
mano. Quando la lasciamo cadere, la sua velocità aumenterà sempre di più.
Il fatto che la velocità aumenta ci fa capire che c’è una accelerazione.
Questa accelerazione è chiamata accelerazione di gravità in quanto la causa è la forza di gravità
L’accelerazione di gravità è indicata con la lettera g (è l’iniziale di gravità)
L’accelerazione di gravità è costante ed è uguale per tutti i corpi, il suo valore è: g  9,8
m
s2
In pratica un corpo lasciato cadere a causa dell’accelerazione di gravità, aumenta la sua velocità di 9,8
m
in ogni
s
secondo di caduta.
Fu Galileo Galilei a dimostrare che tutti i corpi cadono con la stessa accelerazione, in passato si pensava che ogni corpo
cadesse con la sua accelerazione. Quest’ultima opinione è dovuta al filosofo greco Aristotele
7