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fisica: sintesi del moto circolare e approfondimento della visualizzazione vettoriale
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+26
-40
@@ -152,15 +152,15 @@ dimostrare le seguenti equazioni:
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\end{dcases}
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\end{equation}
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\section{Il moto circolare uniforme}
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\section{Il moto circolare}
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Definendo alcune grandezze fisiche in modo analogo a come vengono
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proposte nel m.u.a., è possibile riproporre le equazioni \ref{eq:mua}
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mediante l'impiego di grandezze esclusivamente angolari.
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\subsection{Le equazioni del moto circolare uniforme}
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\subsection{Le equazioni del moto circolare}
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Si definiscono dunque le seguenti grandezze:
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Si definiscano dunque le seguenti grandezze:
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\begin{itemize}
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\item $\theta$ in funzione del tempo
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@@ -192,49 +192,30 @@ le analoghe seguenti:
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Oltre all'accelerazione tangenziale, direttamente proporzionale a
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quella lineare, è possibile definire anche un altro tipo di
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accelerazione: \textbf{l'accelerazione centripeta} ($a_c$), diretta dal
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accelerazione: l'\textbf{accelerazione centripeta} ($a_c$), diretta dal
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corpo verso il centro della circonferenza sulla quale questo muove.
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Questo tipo di accelerazione è costante nel moto circolare uniforme
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ed è calcolata mediante le seguente equazione:
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($\alpha=0$) ed è calcolata mediante le seguente equazione:
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\begin{equation}
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a=\frac{v^2}{r}
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a_c=\frac{v^2}{r}
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\label{eq:acc_c}
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\end{equation}
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\begin{proof}
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La velocità può essere espressa vettorialmente nella seguente
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forma $\vec{v}(-v\sin(\theta),v\cos(\theta))$, mentre
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le funzioni trigonometriche possono essere sostituite utilizzando
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le coordinate del punto ed il raggio della circonferenza su cui
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si muove il corpo secondo le seguenti relazioni:
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Qualora non ci si riferisse ad un moto circolare uniforme,
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l'accelerazione centripeta non sarà costante, ma variabile in
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funzione della velocità con la quale si muove il corpo.
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\begin{equation*}
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\begin{dcases}
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\cos(\theta)=\frac{x}{r} \\
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\sin(\theta)=\frac{y}{r}
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\end{dcases}
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\end{equation*}
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Inoltre, vale la seguente relazione:
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Perciò, derivando la velocità, si ottiene l'accelerazione
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nella seguente forma:
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\begin{equation}
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a=\sqrt{a_t^2 + a_c^2}
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\label{eq:acc_moto_cir}
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\end{equation}
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\begin{equation*}
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\vec{a}=(-\frac{v}{r}\cdot v_y, \frac{v}{r}\cdot v_x)
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\end{equation*}
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Computando il modulo dell'accelerazione e tenendo
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conto che $v=\sqrt{v_x^2+v_y^2}$, si ottiene
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il risultato desiderato:
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\begin{equation*}
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a=\frac{v^2}r
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\end{equation*}
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\end{proof}
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\newpage
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Nel caso del moto circolare uniforme, l'unica
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accelerazione agente sul corpo è quindi quella centripeta.
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\subsection{Il moto circolare visualizzato vettorialmente}
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@@ -263,16 +244,17 @@ Per visualizzare in modo più intuitivo, ma anche più formale, il
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moto circolare, è possibile costruire un sistema di riferimento
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basandosi su alcune assunzioni.
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Basandosi sul figura \ref{fig:moto_circolare}, assumiamo
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Basandosi sulla figura \ref{fig:moto_circolare}, assumiamo
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$\vec{d\theta} = d\theta \cdot \hat{z}$, attraverso cui
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possiamo concludere che $\vec{\omega}=\frac{\vec{d\theta}}{dt}$ è anch'esso
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parallelo a $\hat{z}$.
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Inoltre, $d\vec{r}$ deve essere perpendicolare a $\vec{r}$, e, poiché
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appartiene al piano $O_{xy}$, $d\vec{r}$ deve essere perpendicolare anche
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a $\vec{\omega}$.
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Inoltre, $d\vec{r}$ deve essere perpendicolare sia a $\vec{r}$ che
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a $\vec{\omega}$, poiché appartiene al piano $O_{xy}$. \\ \\ \\
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Perciò è possibile riscrivere $d\vec{r}$ nella seguente forma:
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Perciò è possibile riscrivere $d\vec{r}$ nella seguente forma, tenendo
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conto che il suo modulo è pari a $d\theta \cdot \norm{r}$ (ovvero
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l'arco di circonferenza percorso per $d\theta$):
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\begin{equation*}
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d\vec{r}=\frac{d\theta \cdot \norm{r}}{\lVert \vec{w} \times
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@@ -317,4 +299,8 @@ Nel moto circolare uniforme, ove $\vec{\alpha}=0$, infatti l'accelerazione
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centripeta è costante (vd. eq. \ref{eq:acc_c}) e l'accelerazione tangenziale
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è nulla (quindi $\vec{a}=\vec{a_c}$).
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Attraverso questa visualizzazione del moto, è possibile ricavare tutte
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le formule proposte all'inizio della sezione (ed è soprattutto
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possibile giustificare l'equazione \ref{eq:acc_moto_cir}).
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\end{document}
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