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Ripasso di Fisica per il Biennio delle Superiori
 
Unità 7.
Il movimento
 
DEFINIZIONI E TABELLE Esercizi svolti, esperienze e attività Questionario
 
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D1. Un oggetto è in movimento quando muta la sua posizione nel tempo rispetto a un osservatore.

D2. L'insieme dei corpi rispetto ai quali si studia il movimento di un oggetto è detto sistema di riferimento.

D3. I sistemi di riferimento più usati in campo scientifico sono quelli cartesiani ortogonali: in questi sistemi la posizione di un oggetto viene definita tramite le sue distanze da assi perpendicolari tra loro.

D4. L'insieme delle posizioni assunte da un corpo durante il movimento è detto traiettoria. Questa può essere rettilinea o curvilinea.

D5. Lo studio del movimento dei corpi è detto anche cinematica. Questa non si interessa della natura degli oggetti in movimento, né si preoccupa delle cause che producono i movimenti, ma studia solo la descrizione dei movimenti stessi.

D6. Le grandezze fisiche necessarie per lo studio del movimento sono lo spazio, il tempo, la velocità e l'accelerazione.

D7. Alla cinematica interessano soprattutto gli intervalli di spazio e di tempo. L'intervallo di spazio Ds è la quantità di spazio misurata tra due posizioni; l'intervallo di tempo Dt è la quantità di tempo misurata tra due istanti. Nell’esempio raffigurato, si ha:

Ds = s2 - s1

D8. La velocità media (v) è il rapporto tra lo spazio percorso da un oggetto in movimento e il tempo impiegato a percorrerlo:

v = Ds / Dt

D9. La velocità è una grandezza derivata (da spazio e tempo) e vettoriale (ha la stessa direzione dello spostamento, e lo stesso verso). La sua unità di misura nel SI è il m/s. Molto usato nella pratica è il km/h, che si ottiene dal precedente moltiplicando per 3,6. Infatti, poiché 1 km = 1000 m e 1 h = 3600 s, si ha:

1 m/s = 3,6 km/h

Per esempio: 25 m/s • 3,6 = 90 km/h.

D10. La velocità istantanea è la velocità di un oggetto in un determinato istante del suo percorso. In pratica, si calcola come la velocità media, ma in un intervallo di tempo molto piccolo relativamente alle possibili variazioni di velocità dell'oggetto.

D11. Il tachimetro di un’automobile è, con una certa approssimazione, uno strumento che misura le velocità istantanee.

D12. Il moto è uniforme se il modulo della velocità non subisce variazioni nel tempo, ed è rettilineo uniforme se non si ha nessuna variazione del vettore velocità nel tempo, quindi se non muta neanche la direzione.

D13. In un moto uniforme la velocità media e le velocità istantanee coincidono. Lo spazio percorso risulta direttamente proporzionale al tempo e la costante di proporzionalità è la velocità, come risulta dalla legge oraria (che si ricava dalla definizione di velocità):

Ds = v • Dt

D14. Il grafico spazio-tempo di un moto uniforme è una retta, la cui inclinazione dipende dal valore dalla velocità.

D15. Un oggetto in movimento subisce una variazione della velocità quando variano uno o più componenti del vettore velocità nel tempo. Si ha:

Dv = v2 - v1

D16. In un moto rettilineo si può avere solo la variazione del modulo della velocità. In un moto curvilineo (vedi l’Unità 8) varia sicuramente la direzione (mentre può non variare il modulo); pertanto, l'operazione v2 - v1 va intesa in senso vettoriale (vedi l’Unità 3).

D17. L'accelerazione (a) è il rapporto tra la variazione di velocità e l'intervallo di tempo in cui è avvenuta tale variazione:

a = Dv / Dt

D18. L'accelerazione è una grandezza derivata (da velocità e tempo) ed è vettoriale (ha la stessa direzione della variazione di velocità, e lo stesso verso). La sua unità di misura nel SI è il (m/s)/s = m/s².

D19. Quando l'accelerazione è dovuta alla variazione del modulo della velocità, risulta positiva se si ha un aumento della velocità (v2 > v1), mentre è negativa se si ha una diminuzione della velocità (v2 < v1); in tal caso viene anche detta decelerazione.

D20. Il moto di un oggetto è uniformemente accelerato se il valore dell'accelerazione è costante nel tempo. L'aumento di velocità risulta direttamente proporzionale al tempo, e la costante di proporzionalità e l'accelerazione.

D21. Il grafico velocità-tempo di un moto uniformemente accelerato è una retta, la cui inclinazione dipende dal valore dell'accelerazione.

D22. Un esempio classico di moto uniformemente accelerato è costituito dalla caduta libera dei corpi. Questo fenomeno avviene per effetto della gravità terrestre; il moto del corpo in caduta è uniformemente accelerato se esso non è sottoposto ad altre forze o vincoli e se si può trascurare la resistenza dell'aria.

D23. L'accelerazione di una caduta libera sulla superficie terrestre ha un valore indipendente dalle caratteristiche del corpo che cade, e viene chiamata accelerazione di gravità: g = 9,8 m/s² (vedi l’Unità 11). Essa è diretta verticalmente, verso il centro della Terra.
Il valore dell’accelerazione di gravità terrestre è talvolta utilizzato come unità di misura dell'accelerazione; per esempio: 15 m/s² = 1,53 9,8 = 1,53 g.

D24. In un moto uniformemente accelerato, lo spazio percorso risulta direttamente proporzionale al quadrato del tempo impiegato: dalla definizione di accelerazione e dalla definizione di velocità media si può ricavare che lo spazio percorso da un oggetto partito da fermo con moto uniformemente accelerato è:

s = ½ a • t²

D25. Se l'oggetto in movimento ha una velocità iniziale v0 diversa da zero, per calcolare lo spazio percorso si deve aggiungere lo spazio che l'oggetto avrebbe comunque percorso per effetto di quella velocità (vedi la definizione D13). Si ha così la legge oraria del moto uniformemente accelerato in forma completa:

s = v0 • t + ½ a • t²

D26. Il grafico spazio-tempo di un moto uniformemente accelerato è una parabola diversamente inclinata, a seconda che si tratti di una accelerazione o di una decelerazione.

D27. Eccetto i casi particolari, i moti reali sono sempre vari, cioè composti da successioni di moti accelerati, uniformi, decelerati, ecc. Per analizzare un moto vario occorre scomporlo nei moti elementari di cui è costituito. Tale operazione è conveniente effettuarla a partire dal grafico spazio-tempo o dal grafico velocità-tempo che descrive il moto in questione.

D28. In generale, lo spazio percorso da un oggetto durante un moto vario si può calcolare misurando l'area compresa tra il suo grafico velocità-tempo e l'asse dei tempi (in giallo nella figura sotto). Questa rappresentazione consente di comprendere le formule delle leggi orarie date nelle definizioni D13, D24 e D25 per i casi più semplici.


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