L’accelerazione riferita alla traiettoria

1. L’accelerazione riferita alla traiettoria • Partendo dalla velocità riferita alla traiettoria • Ci calcoliamo l’accelerazione Accelerazione tangenziale fa cambiare il modulo della velocità ? Per valutare la seconda componente studiamo un moto in cui varia la direzione della velocità ma non il suo modulo: il moto circolare uniforme G.M. - Edile A 2002/03

2. Il moto circolare • Il punto P percorre una traiettoria circolare • Il modulo di r è costante. Asse y Ds y r q x O Asse x G.M. - Edile A 2002/03

3. Moto circolare uniforme • La traiettoria è una circonferenza ed il modulo della velocità è costante. • Come appare dal disegno la velocità (come vettore) non è costante. Dv v(t) Asse y v(t+Dt) v(t+Dt) v(t) DQ r(t+ Dt) Sono uguali DQ r(t) O Asse x G.M. - Edile A 2002/03

4. Accelerazione nel moto circolare uniforme • L’accelerazione media nell’intervallo Dt è: • L’accelerazione all’istante di tempo t si ottiene facendo il limite dell’accelerazione media per Dt che tende a zero. Dv Vettore che ha la direzione ed il verso di Dv. (Dt >0) v(t) v(t+Dt) DQ G.M. - Edile A 2002/03

5. Accelerazione nel moto circolare uniforme • Direzione e verso • Quando Dt tende a zero anche DQ tende a zero • Poiché la somma degli angoli interni in un triangolo è sempre 180, se DQ tende a zero, gli angoli alla base tendono a 90°. (Il triangolo è isoscele) • L’accelerazione è perpendicolare a v(t) • Poiché v(t) è tangente alla circonferenza, l’accelerazione è radiale diretta verso il centro (accelerazione centripeta) Dv v(t) v(t+Dt) DQ G.M. - Edile A 2002/03

6. Accelerazione nel moto circolare uniforme • modulo Dv v(t) Asse y v(t+Dt) Ds DQ Dr r(t+ Dt) DQ r(t) O Asse x Poiché i due triangoli isoscele della figura sono simili (hanno lo stesso angolo al vertice) G.M. - Edile A 2002/03

7. Accelerazione nel moto su traiettoria non rettilinea • Abbiamo trovato che nel moto circolare uniforme (velocità costante in modulo) c’è solo l’accelerazione centripeta. • Se il modulo della velocità non è costante ci sarà: • L’accelerazione normale (centripeta) an • responsabile del cambiamento della direzione della velocità • L’accelerazione tangenziale at • responsabile del cambiamento del modulo • Ogni volta che un punto materiale si muove su una traiettoria curva (la velocità cambia direzione) c’è un’accelerazione centripeta, G.M. - Edile A 2002/03

8. Problema • Un’automobile di 1000 Kg affronta una curva avente un raggio di 40 m alla velocità di 36 km/h. Determinare il valore dell’accelerazione centripeta. G.M. - Edile A 2002/03

9. Il moto circolare uniforme ed il moto armonico Asse y a Ds y r q x O Asse x G.M. - Edile A 2002/03

10. La lancetta dei minuti di un orologio misura 12.0 cm dal suo perno all’estremità libera. Qual è lo spostamento della sua estremità A) da 15 a 30 minuti B) nella successiva mezzora C) nella successiva ora D) calcolare la velocità angolare media ed istantanea E) calcolare la velocità media nel caso A F) il modulo della velocità istantanea e dell’accelerazione. Applicazione G.M. - Edile A 2002/03

11. Il treno veloce francese, TGV, compie viaggi ad una velocità media di 216 Km/h. Se abborda una curva a questa velocità e la massima accelerazione centripeta accettabile dai passeggeri è 0.050g, qual è il minimo raggio ammissibile per le curve dei binari. Se una curva ha un raggio di 1.00 km, a quale valore deve essere ridotta la velocità per rispettare il limite di accelerazione consentito? Applicazione G.M. - Edile A 2002/03

12. Una ruota panoramica di un luna park ha un raggio di 15 m e compie ogni minuto cinque giri attorno al proprio asse orizzontale Qual è il periodo di rotazione? A quale accelerazione centripeta è sottoposto un passeggero nel punto più alto? E nel punto più basso? Applicazione G.M. - Edile A 2002/03

13. Cambiamento del Sistema di Riferimento • Il moto dipende dal sistema di riferimento dal quale viene osservato: • Un viaggiatore seduto sul sedile di una carrozza ferroviaria non si muove rispetto al vagone • Se osservato dal marciapiede della stazione, egli invece percorre diversi metri al secondo. • Il viaggiatore, se lascia cadere un oggetto nel vagone, descriverà il moto come un moto rettilineo (uniformemente accelerato) • Lo stesso moto apparirà parabolico (moto del proiettile) ad un osservatore sul marciapiede della stazione. • Come si fa a trasformare le grandezze cinematiche, posizione , velocità, accelerazione da un sistema di riferimento ad un altro? G.M. - Edile A 2002/03

14. Sistemi di riferimento in moto traslatoriotrasformazioni della posizione Studieremo il caso molto particolare in cui gli assi del sistema O’x’y’z’ sono costantemente paralleli a quelli corrispondenti nel sistema Oxyz e l’origine O’ del secondo sistema si muove sull’asse delle x. G.M. - Edile A 2002/03

15. Sistemi di riferimento in moto traslatoriotrasformazioni della velocità G.M. - Edile A 2002/03

16. Sistemi di riferimento in moto traslatoriotrasformazioni dell’accelerazione Solo se ao=0 l’accelerazione nei due sistemi di riferimento è la stessa! G.M. - Edile A 2002/03

17. Trasformazioni di Galilei Se O’ si muove lungo l’asse x con velocità costante e O’ coincide con O a t=0: G.M. - Edile A 2002/03

18. La neve sta cadendo verticalmente ad una velocità costante di 8 m/s. A quale angolo rispetto alla verticale sembrano cadere i fiocchi di neve per il guidatore di un auto che viaggia a 50 km/h? Applicazione • Consideriamo il sistema di riferimento Oxyz fermo rispetto al suolo co n l’asse x diretto lungo la strada e il sistema O’x’y’z’ fermo rispetto al guidatore. • il sistema O’x’y’z’ si muove con velocità costante rispetto al sistema Oxyz • Possiamo applicare le trasformazioni di Galilei: y y’ x’ • La velocità dei ficchi di neve rispetto alla macchina (sistema O’x’y’z’ ) sarà: x O O’ G.M. - Edile A 2002/03

19. Un fiume largo 200 m ha una corrente che scende a velocità uniforme di 1.1 m/s verso est attraverso al giungla. Un esploratore vuole lasciare la sua radura posta sulla sponda sud per raggiungere la riva nord con la sua barca a motore capace di navigare a velocità costante di 4.0 m/s rispetto all’acqua. Sulla riva nord c’è un’altra radura situata a 82 m più a monte rispetto al punto posto di fronte alla posizione iniziale dell’esploratore. In quale direzione occorre puntare la barca per raggiungere la radura sulla sponda opposta con una traversata in linea retta? Quanto dura questa traversata? Applicazione y x O G.M. - Edile A 2002/03