fisica: sintesi del moto circolare e approfondimento della visualizzazione vettoriale

This commit is contained in:
2022-01-20 23:51:03 +01:00
parent ff6bf08cae
commit 2e91c8d8f2
2 changed files with 26 additions and 40 deletions
BIN
View File
Binary file not shown.
+26 -40
View File
@@ -152,15 +152,15 @@ dimostrare le seguenti equazioni:
\end{dcases}
\end{equation}
\section{Il moto circolare uniforme}
\section{Il moto circolare}
Definendo alcune grandezze fisiche in modo analogo a come vengono
proposte nel m.u.a., è possibile riproporre le equazioni \ref{eq:mua}
mediante l'impiego di grandezze esclusivamente angolari.
\subsection{Le equazioni del moto circolare uniforme}
\subsection{Le equazioni del moto circolare}
Si definiscono dunque le seguenti grandezze:
Si definiscano dunque le seguenti grandezze:
\begin{itemize}
\item $\theta$ in funzione del tempo
@@ -192,49 +192,30 @@ le analoghe seguenti:
Oltre all'accelerazione tangenziale, direttamente proporzionale a
quella lineare, è possibile definire anche un altro tipo di
accelerazione: \textbf{l'accelerazione centripeta} ($a_c$), diretta dal
accelerazione: l'\textbf{accelerazione centripeta} ($a_c$), diretta dal
corpo verso il centro della circonferenza sulla quale questo muove.
Questo tipo di accelerazione è costante nel moto circolare uniforme
ed è calcolata mediante le seguente equazione:
($\alpha=0$) ed è calcolata mediante le seguente equazione:
\begin{equation}
a=\frac{v^2}{r}
a_c=\frac{v^2}{r}
\label{eq:acc_c}
\end{equation}
\begin{proof}
La velocità può essere espressa vettorialmente nella seguente
forma $\vec{v}(-v\sin(\theta),v\cos(\theta))$, mentre
le funzioni trigonometriche possono essere sostituite utilizzando
le coordinate del punto ed il raggio della circonferenza su cui
si muove il corpo secondo le seguenti relazioni:
Qualora non ci si riferisse ad un moto circolare uniforme,
l'accelerazione centripeta non sarà costante, ma variabile in
funzione della velocità con la quale si muove il corpo.
\begin{equation*}
\begin{dcases}
\cos(\theta)=\frac{x}{r} \\
\sin(\theta)=\frac{y}{r}
\end{dcases}
\end{equation*}
Inoltre, vale la seguente relazione:
Perciò, derivando la velocità, si ottiene l'accelerazione
nella seguente forma:
\begin{equation}
a=\sqrt{a_t^2 + a_c^2}
\label{eq:acc_moto_cir}
\end{equation}
\begin{equation*}
\vec{a}=(-\frac{v}{r}\cdot v_y, \frac{v}{r}\cdot v_x)
\end{equation*}
Computando il modulo dell'accelerazione e tenendo
conto che $v=\sqrt{v_x^2+v_y^2}$, si ottiene
il risultato desiderato:
\begin{equation*}
a=\frac{v^2}r
\end{equation*}
\end{proof}
\newpage
Nel caso del moto circolare uniforme, l'unica
accelerazione agente sul corpo è quindi quella centripeta.
\subsection{Il moto circolare visualizzato vettorialmente}
@@ -263,16 +244,17 @@ Per visualizzare in modo più intuitivo, ma anche più formale, il
moto circolare, è possibile costruire un sistema di riferimento
basandosi su alcune assunzioni.
Basandosi sul figura \ref{fig:moto_circolare}, assumiamo
Basandosi sulla figura \ref{fig:moto_circolare}, assumiamo
$\vec{d\theta} = d\theta \cdot \hat{z}$, attraverso cui
possiamo concludere che $\vec{\omega}=\frac{\vec{d\theta}}{dt}$ è anch'esso
parallelo a $\hat{z}$.
Inoltre, $d\vec{r}$ deve essere perpendicolare a $\vec{r}$, e, poiché
appartiene al piano $O_{xy}$, $d\vec{r}$ deve essere perpendicolare anche
a $\vec{\omega}$.
Inoltre, $d\vec{r}$ deve essere perpendicolare sia a $\vec{r}$ che
a $\vec{\omega}$, poiché appartiene al piano $O_{xy}$. \\ \\ \\
Perciò è possibile riscrivere $d\vec{r}$ nella seguente forma:
Perciò è possibile riscrivere $d\vec{r}$ nella seguente forma, tenendo
conto che il suo modulo è pari a $d\theta \cdot \norm{r}$ (ovvero
l'arco di circonferenza percorso per $d\theta$):
\begin{equation*}
d\vec{r}=\frac{d\theta \cdot \norm{r}}{\lVert \vec{w} \times
@@ -317,4 +299,8 @@ Nel moto circolare uniforme, ove $\vec{\alpha}=0$, infatti l'accelerazione
centripeta è costante (vd. eq. \ref{eq:acc_c}) e l'accelerazione tangenziale
è nulla (quindi $\vec{a}=\vec{a_c}$).
Attraverso questa visualizzazione del moto, è possibile ricavare tutte
le formule proposte all'inizio della sezione (ed è soprattutto
possibile giustificare l'equazione \ref{eq:acc_moto_cir}).
\end{document}