diff --git a/Fisica/1. I moti principali della meccanica newtoniana.tex b/Fisica/1. I moti principali della meccanica newtoniana.tex new file mode 100644 index 0000000..c43cf94 --- /dev/null +++ b/Fisica/1. I moti principali della meccanica newtoniana.tex @@ -0,0 +1,340 @@ +\chapter{I moti principali della meccanica newtoniana} + +\section{Il moto uniformemente accelerato (m.u.a.)} + +Conoscendo le definizioni di accelerazione ($\vec{a} = \frac{d\vec{v}}{dt}$) +e di velocità ($\vec{v} = \frac{d\vec{x}}{dt}$) è possibile, ponendo l'accelerazione +costante (i.e. il \textit{jerk} è nullo, $\frac{d\vec{a}}{dt} = 0$), ricavare numerose formule. + +\subsection{Le equazioni del moto in un sistema di riferimento unidimensionale} + +Le equazioni del moto sono le seguenti: + +\begin{equation} + \begin{dcases} + x(t)=x_0+v_0t+\frac{1}{2}at^2 \\ + v(t)=v_0+at + \end{dcases} + \label{eq:mua} +\end{equation} + +\begin{proof} + Da $a=\frac{dv}{dt}$, si ricava $dv=a\cdot dt$, da cui: + + \begin{equation*} + \int dv=\int a\, dt = a \int dt \Rightarrow v=v_0+at + \end{equation*} + + Dimostrata questa prima equazione, è possibile dimostrare in modo analogo l'altra: + + \begin{equation*} + \int dx=\int v\cdot dt = \int v_0\, dt + \int at\, dt = x_0+v_0t+\frac12at^2 + \end{equation*} + + La dimostrazione può essere inoltre resa immediata se si sviluppano $x(t)$ e + $v(t)$ come serie di Taylor-Maclaurin. + +\end{proof} + +\subsection{Lo spostamento in funzione della velocità e dell'accelerazione} + +Senza ricorrere alla variabile di tempo $t$, è possibile +esprimere lo spostamento in funzione della velocità e dell'accelerazione +mediante le seguente formula: + +\begin{equation} + x-x_0=\frac{v^2-v_0^2}{2a} +\end{equation} + +\begin{proof} + + Considerando $a=\frac{dv}{dt}$, è possibile riscrivere, mediante l'impiego + delle formule di derivazione delle funzioni composte, quest'ultima formula: + + \begin{equation*} + a=\frac{dv}{dt}=\frac{dx}{dt}\frac{dv}{dx}=v\,\frac{dv}{dx} + \end{equation*} + + Da ciò si può ricavare infine l'ultima formula: + + \begin{equation*} + a\,dx=v\,dv \Rightarrow a \int dx = \int v \, dv + \end{equation*} + + E quindi: + + \begin{equation*} + a(x-x_0)=\frac{v^2-v_0^2}{2} \Rightarrow x-x_0=\frac{v^2-v_0^2}{2a} + \end{equation*} + +\end{proof} + +\section{Il moto dei proiettili} + +Il \textit{moto dei proiettili}, o moto parabolico, non +è altro che la forma vettoriale del m.u.a. sfruttando due accelerazioni per +entrambe le dimensioni: una nulla (quella dello spostamento parallelo al +terreno) ed una pari a $-g$ (quella data dalla gravità nello spostamento +normale al terreno). + +\subsection{Le equazioni del moto dei proiettili} + +Riprendendo le precedenti considerazioni, si può dunque scrivere +l'equazione del moto in forma vettoriale: + +\begin{equation} + \begin{pmatrix} + x \\ + y + \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} + x_0 \\ + y_0 + \end{pmatrix} + \vec{v_0} t + \frac12 \vec{a} t^2 +\end{equation} + +O nel casso del moto parabolico sulla Terra: + +\begin{equation} + \begin{pmatrix} + x \\ + y + \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} + x_0 \\ + y_0 + \end{pmatrix} + \vec{v_0} t + \frac12 \begin{pmatrix} + 0 \\ + -g + \end{pmatrix} t^2 +\end{equation} + +O si può separare quest'ultima in due equazioni: + +\begin{equation} + \begin{dcases} + x(t)=x_0+v_0\cos(\theta)t \\ + y(t)=y_0+v_0\sin(\theta)t-\frac12gt^2 + \end{dcases} +\end{equation} + +\subsection{Il calcolo della gittata e della traiettoria} + +Definita la \textit{gittata} come la distanza tra il punto di lancio ed +il punto in cui il corpo assume la stessa ordinata del punto di lancio e +la \textit{traiettoria} come la distanza tra il punto di lancio ed il +punto in cui il corpo assume la massima ordinata, si possono facilmente +dimostrare le seguenti equazioni per un moto la cui la posizione iniziale +è nulla e che viene effettuato sulla Terra: + +\begin{equation} + \displaystyle + \begin{dcases} + x_{\text{gittata}} = \frac{v_0^2 \sin(2\theta)}{g} \\ + x_{\text{traiettoria}} = \frac12 x_{\text{gittata}} = \frac{v_0^2 \sin(2\theta)}{2g} + \end{dcases} +\end{equation} + +\begin{proof}[Dimostrazione dell'equazione della gittata] + L'equazione del moto in questo caso si può sintetizzare nel + seguente sistema: + + \begin{equation*} + \begin{dcases} + x=v_0\cos(\theta)t \\ + y=v_0\sin(\theta)t -\frac12gt^2 + \end{dcases} + \end{equation*} + + Poiché il corpo deve raggiungere terra, l'ordinata deve + annullarsi, da cui si ottiene il seguente sistema: + + \begin{equation*} + \begin{dcases} + t=\frac{x}{v_0\cos(\theta)} \\ + \frac12gt^2=v_0\sin(\theta)t + \end{dcases} + \end{equation*} + + Sostituendo la prima equazione nella seconda, ricaviamo: + + \begin{equation*} + \frac12 g \frac{x^2}{v_0^2 \cos^2(\theta)}=v_0\sin(\theta) \frac{x}{v_0\cos(\theta)} \Rightarrow x=\frac{2 v_0^2 \sin(\theta) \cos(\theta)}{g} + \end{equation*} + + Ricordando che $\sin(2\theta)=2\sin(\theta)\cos(\theta)$, otteniamo infine: + + \begin{equation*} + x=\frac{v_0^2 \sin(2\theta)}{g} + \end{equation*} +\end{proof} + +\begin{proof}[Dimostrazione dell'equazione della traiettoria] + Poiché $y(x)$ rappresenta analiticamente una parabola, il punto in cui + l'ordinata si massimizza ha come ascissa + l'ascissa media tra i due zeri (i.e. l'ascissa del vertice della + parabola), ovvero $x_{traiettoria}$ è la media tra $0$ e + $x_{\text{gittata}}$: + + \begin{equation*} + x_{traiettoria}=\frac{v_0\sin(2\theta)}{2g} + \end{equation*} +\end{proof} + +\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} + +Si definiscano dunque le seguenti grandezze: + +\begin{itemize} + \item L'angolo $\theta$ in funzione del tempo + \item La velocità angolare $\displaystyle \omega=\dot{\theta}=\frac{d\theta}{dt}$ + \item L'accelerazione angolare $\displaystyle \alpha=\ddot{\theta}=\frac{d\omega}{dt}=\frac{d^2\theta}{dt^2}$ +\end{itemize} + +Innanzitutto, è possibile coniugare il mondo angolare con quello +cartesiano, tenendo conto del fatto che $x=\theta r$. In questo modo +si ricavano le seguenti relazioni: + +\begin{itemize} + \item $\displaystyle v=\omega r$, la velocità angolare + \item $\displaystyle a_t=\alpha r$, l'accelerazione tangenziale + (da distinguersi da quella centripeta!) +\end{itemize} + +Per sostituzione, dalle equazioni \ref{eq:mua} si ottengono dunque +le analoghe seguenti: + +\begin{equation} + \begin{dcases} + \theta = \theta_0 + \omega t + \frac12 \alpha t^2 \\ + \omega = \omega_0 + \alpha t + \end{dcases} +\end{equation} + +Nel caso del moto circolare uniforme ($\alpha=0$) è utile definire +altre due quantità: + +\begin{itemize} + \item Il periodo $T=\dfrac{2\pi}{\omega}$ + \item La frequenza $f=\dfrac{1}{T}=\dfrac{\omega}{2\pi}$ +\end{itemize} + +\subsection{L'accelerazione centripeta} + +Oltre all'accelerazione tangenziale, direttamente proporzionale a +quella lineare, è possibile definire anche un altro tipo di +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 +($\alpha=0$) ed è calcolata mediante le seguente equazione: + +\begin{equation} + a_c=\frac{v^2}{r} + \label{eq:acc_c} +\end{equation} + +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. + +Inoltre, vale la seguente relazione: + +\begin{equation} + a=\sqrt{a_t^2 + a_c^2} + \label{eq:acc_moto_cir} +\end{equation} + +Nel caso del moto circolare uniforme, l'unica +accelerazione agente sul corpo è quindi quella centripeta. + +\subsection{Il moto circolare visualizzato vettorialmente} + +\vskip 0.1in + +\begin{wrapfigure}[12]{l}{0.5\textwidth} + \begin{tikzpicture} + \coordinate (a) at (2.236, 0); + \coordinate (b) at (0.89, 0.92); + \coordinate (o) at (0, 0); + + \draw [rotate around={0:(0,0)}] (0,0) ellipse (2.236 and 1); + \draw [->,thick] (0,0) -- (0,2.5) node[midway, right] {$\vec{\omega}$}; + \draw [->,thick] (0,0) -- (a) node[right] {$\vec{r}(t)$}; + \draw [->,thick] (0,0) -- (b) node[above right] {$\vec{r}(t+dt)$}; + + \draw [->] (a) -- (2.6, 0.7) node[right] {$\vec{v}(t)$}; + + \draw pic["$d\theta$", draw=black, angle eccentricity=1.5, angle radius=0.5cm] {angle=a--o--b}; + + \end{tikzpicture} + + \caption{Il moto circolare nel piano $O_{xy}$} \label{fig:moto_circolare} +\end{wrapfigure} + +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 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 sia a $\vec{r}$ che +a $\vec{\omega}$, poiché appartiene al piano $O_{xy}$. + +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 + \vec{r} \rVert} \vec{w} \times \vec{r} = + \frac{d\theta}{\norm{\omega}} \vec{w} \times \vec{r} +\end{equation*} + +Poiché la velocità $\vec{v}$ è pari a $\frac{d\vec{r}}{dt}$, si ottiene, +conoscendo $d\vec{r}$, la seguente relazione: + +\begin{equation} + \vec{v}=\vec{w}\times\vec{r} +\end{equation} + +Dalla quale si ricava che $\vec{v}$ è perpendicolare sia a $\vec{r}$ che +a $\vec{\omega}$. + +Analogamente, è possibile ricavare l'accelerazione: + +\begin{equation} + \vec{a}=\frac{d\vec{v}}{dt}=\frac{d(\vec{\omega} + \times \vec{r})}{dt}=\vec{\alpha} \times \vec{r} + + \vec{\omega} \times \vec{v} +\end{equation} + +È interessante notare che $\vec{\alpha} \times \vec{r}$ +è perpendicolare a $\vec{\omega} \times \vec{v}$, permettendoci +di calcolare facilmente il modulo dell'accelerazione: + +\begin{equation} + \norm{a} = \sqrt{\nnorm{\vec{\alpha} \times \vec{r}}^2 + \nnorm{\vec{\omega} \times \vec{v}}^2} +\end{equation} + +Non solo: $\vec{\alpha} \times \vec{r}$ è perpendicolare a $\vec{r}$ e +$\vec{\omega} \times \vec{v}$ gli è parallelo, ma possiede un verso opposto. +Per questa serie di motivi, $\vec{\alpha} \times \vec{r}$ viene chiamata +\textbf{accelerazione tangenziale} ($\vec{a_t}$), mentre +$\vec{\omega} \times \vec{v}$ viene chiamata \textbf{accelerazione centripeta} +($\vec{a_c}$). + +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}). diff --git a/Fisica/fisica.pdf b/Fisica/fisica.pdf index e8ccd7e..79ab10e 100644 Binary files a/Fisica/fisica.pdf and b/Fisica/fisica.pdf differ diff --git a/Fisica/fisica.tex b/Fisica/fisica.tex index 6ed0215..2209d70 100644 --- a/Fisica/fisica.tex +++ b/Fisica/fisica.tex @@ -31,345 +31,6 @@ \tableofcontents -\chapter{I moti principali della meccanica newtoniana} - -\section{Il moto uniformemente accelerato (m.u.a.)} - -Conoscendo le definizioni di accelerazione ($\vec{a} = \frac{d\vec{v}}{dt}$) -e di velocità ($\vec{v} = \frac{d\vec{x}}{dt}$) è possibile, ponendo l'accelerazione -costante (i.e. il \textit{jerk} è nullo, $\frac{d\vec{a}}{dt} = 0$), ricavare numerose formule. - -\subsection{Le equazioni del moto in un sistema di riferimento unidimensionale} - -Le equazioni del moto sono le seguenti: - -\begin{equation} - \begin{dcases} - x(t)=x_0+v_0t+\frac{1}{2}at^2 \\ - v(t)=v_0+at - \end{dcases} - \label{eq:mua} -\end{equation} - -\begin{proof} - Da $a=\frac{dv}{dt}$, si ricava $dv=a\cdot dt$, da cui: - - \begin{equation*} - \int dv=\int a\, dt = a \int dt \Rightarrow v=v_0+at - \end{equation*} - - Dimostrata questa prima equazione, è possibile dimostrare in modo analogo l'altra: - - \begin{equation*} - \int dx=\int v\cdot dt = \int v_0\, dt + \int at\, dt = x_0+v_0t+\frac12at^2 - \end{equation*} - - La dimostrazione può essere inoltre resa immediata se si sviluppano $x(t)$ e - $v(t)$ come serie di Taylor-Maclaurin. - -\end{proof} - -\subsection{Lo spostamento in funzione della velocità e dell'accelerazione} - -Senza ricorrere alla variabile di tempo $t$, è possibile -esprimere lo spostamento in funzione della velocità e dell'accelerazione -mediante le seguente formula: - -\begin{equation} - x-x_0=\frac{v^2-v_0^2}{2a} -\end{equation} - -\begin{proof} - - Considerando $a=\frac{dv}{dt}$, è possibile riscrivere, mediante l'impiego - delle formule di derivazione delle funzioni composte, quest'ultima formula: - - \begin{equation*} - a=\frac{dv}{dt}=\frac{dx}{dt}\frac{dv}{dx}=v\,\frac{dv}{dx} - \end{equation*} - - Da ciò si può ricavare infine l'ultima formula: - - \begin{equation*} - a\,dx=v\,dv \Rightarrow a \int dx = \int v \, dv - \end{equation*} - - E quindi: - - \begin{equation*} - a(x-x_0)=\frac{v^2-v_0^2}{2} \Rightarrow x-x_0=\frac{v^2-v_0^2}{2a} - \end{equation*} - -\end{proof} - -\section{Il moto dei proiettili} - -Il \textit{moto dei proiettili}, o moto parabolico, non -è altro che la forma vettoriale del m.u.a. sfruttando due accelerazioni per -entrambe le dimensioni: una nulla (quella dello spostamento parallelo al -terreno) ed una pari a $-g$ (quella data dalla gravità nello spostamento -normale al terreno). - -\subsection{Le equazioni del moto dei proiettili} - -Riprendendo le precedenti considerazioni, si può dunque scrivere -l'equazione del moto in forma vettoriale: - -\begin{equation} - \begin{pmatrix} - x \\ - y - \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} - x_0 \\ - y_0 - \end{pmatrix} + \vec{v_0} t + \frac12 \vec{a} t^2 -\end{equation} - -O nel casso del moto parabolico sulla Terra: - -\begin{equation} - \begin{pmatrix} - x \\ - y - \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} - x_0 \\ - y_0 - \end{pmatrix} + \vec{v_0} t + \frac12 \begin{pmatrix} - 0 \\ - -g - \end{pmatrix} t^2 -\end{equation} - -O si può separare quest'ultima in due equazioni: - -\begin{equation} - \begin{dcases} - x(t)=x_0+v_0\cos(\theta)t \\ - y(t)=y_0+v_0\sin(\theta)t-\frac12gt^2 - \end{dcases} -\end{equation} - -\subsection{Il calcolo della gittata e della traiettoria} - -Definita la \textit{gittata} come la distanza tra il punto di lancio ed -il punto in cui il corpo assume la stessa ordinata del punto di lancio e -la \textit{traiettoria} come la distanza tra il punto di lancio ed il -punto in cui il corpo assume la massima ordinata, si possono facilmente -dimostrare le seguenti equazioni per un moto la cui la posizione iniziale -è nulla e che viene effettuato sulla Terra: - -\begin{equation} - \displaystyle - \begin{dcases} - x_{\text{gittata}} = \frac{v_0^2 \sin(2\theta)}{g} \\ - x_{\text{traiettoria}} = \frac12 x_{\text{gittata}} = \frac{v_0^2 \sin(2\theta)}{2g} - \end{dcases} -\end{equation} - -\begin{proof}[Dimostrazione dell'equazione della gittata] - L'equazione del moto in questo caso si può sintetizzare nel - seguente sistema: - - \begin{equation*} - \begin{dcases} - x=v_0\cos(\theta)t \\ - y=v_0\sin(\theta)t -\frac12gt^2 - \end{dcases} - \end{equation*} - - Poiché il corpo deve raggiungere terra, l'ordinata deve - annullarsi, da cui si ottiene il seguente sistema: - - \begin{equation*} - \begin{dcases} - t=\frac{x}{v_0\cos(\theta)} \\ - \frac12gt^2=v_0\sin(\theta)t - \end{dcases} - \end{equation*} - - Sostituendo la prima equazione nella seconda, ricaviamo: - - \begin{equation*} - \frac12 g \frac{x^2}{v_0^2 \cos^2(\theta)}=v_0\sin(\theta) \frac{x}{v_0\cos(\theta)} \Rightarrow x=\frac{2 v_0^2 \sin(\theta) \cos(\theta)}{g} - \end{equation*} - - Ricordando che $\sin(2\theta)=2\sin(\theta)\cos(\theta)$, otteniamo infine: - - \begin{equation*} - x=\frac{v_0^2 \sin(2\theta)}{g} - \end{equation*} -\end{proof} - -\begin{proof}[Dimostrazione dell'equazione della traiettoria] - Poiché $y(x)$ rappresenta analiticamente una parabola, il punto in cui - l'ordinata si massimizza ha come ascissa - l'ascissa media tra i due zeri (i.e. l'ascissa del vertice della - parabola), ovvero $x_{traiettoria}$ è la media tra $0$ e - $x_{\text{gittata}}$: - - \begin{equation*} - x_{traiettoria}=\frac{v_0\sin(2\theta)}{2g} - \end{equation*} -\end{proof} - -\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} - -Si definiscano dunque le seguenti grandezze: - -\begin{itemize} - \item L'angolo $\theta$ in funzione del tempo - \item La velocità angolare $\displaystyle \omega=\dot{\theta}=\frac{d\theta}{dt}$ - \item L'accelerazione angolare $\displaystyle \alpha=\ddot{\theta}=\frac{d\omega}{dt}=\frac{d^2\theta}{dt^2}$ -\end{itemize} - -Innanzitutto, è possibile coniugare il mondo angolare con quello -cartesiano, tenendo conto del fatto che $x=\theta r$. In questo modo -si ricavano le seguenti relazioni: - -\begin{itemize} - \item $\displaystyle v=\omega r$, la velocità angolare - \item $\displaystyle a_t=\alpha r$, l'accelerazione tangenziale - (da distinguersi da quella centripeta!) -\end{itemize} - -Per sostituzione, dalle equazioni \ref{eq:mua} si ottengono dunque -le analoghe seguenti: - -\begin{equation} - \begin{dcases} - \theta = \theta_0 + \omega t + \frac12 \alpha t^2 \\ - \omega = \omega_0 + \alpha t - \end{dcases} -\end{equation} - -Nel caso del moto circolare uniforme ($\alpha=0$) è utile definire -altre due quantità: - -\begin{itemize} - \item Il periodo $T=\dfrac{2\pi}{\omega}$ - \item La frequenza $f=\dfrac{1}{T}=\dfrac{\omega}{2\pi}$ -\end{itemize} - -\subsection{L'accelerazione centripeta} - -Oltre all'accelerazione tangenziale, direttamente proporzionale a -quella lineare, è possibile definire anche un altro tipo di -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 -($\alpha=0$) ed è calcolata mediante le seguente equazione: - -\begin{equation} - a_c=\frac{v^2}{r} - \label{eq:acc_c} -\end{equation} - -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. - -Inoltre, vale la seguente relazione: - -\begin{equation} - a=\sqrt{a_t^2 + a_c^2} - \label{eq:acc_moto_cir} -\end{equation} - -Nel caso del moto circolare uniforme, l'unica -accelerazione agente sul corpo è quindi quella centripeta. - -\subsection{Il moto circolare visualizzato vettorialmente} - -\vskip 0.1in - -\begin{wrapfigure}[12]{l}{0.5\textwidth} - \begin{tikzpicture} - \coordinate (a) at (2.236, 0); - \coordinate (b) at (0.89, 0.92); - \coordinate (o) at (0, 0); - - \draw [rotate around={0:(0,0)}] (0,0) ellipse (2.236 and 1); - \draw [->,thick] (0,0) -- (0,2.5) node[midway, right] {$\vec{\omega}$}; - \draw [->,thick] (0,0) -- (a) node[right] {$\vec{r}(t)$}; - \draw [->,thick] (0,0) -- (b) node[above right] {$\vec{r}(t+dt)$}; - - \draw [->] (a) -- (2.6, 0.7) node[right] {$\vec{v}(t)$}; - - \draw pic["$d\theta$", draw=black, angle eccentricity=1.5, angle radius=0.5cm] {angle=a--o--b}; - - \end{tikzpicture} - - \caption{Il moto circolare nel piano $O_{xy}$} \label{fig:moto_circolare} -\end{wrapfigure} - -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 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 sia a $\vec{r}$ che -a $\vec{\omega}$, poiché appartiene al piano $O_{xy}$. - -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 - \vec{r} \rVert} \vec{w} \times \vec{r} = - \frac{d\theta}{\norm{\omega}} \vec{w} \times \vec{r} -\end{equation*} - -Poiché la velocità $\vec{v}$ è pari a $\frac{d\vec{r}}{dt}$, si ottiene, -conoscendo $d\vec{r}$, la seguente relazione: - -\begin{equation} - \vec{v}=\vec{w}\times\vec{r} -\end{equation} - -Dalla quale si ricava che $\vec{v}$ è perpendicolare sia a $\vec{r}$ che -a $\vec{\omega}$. - -Analogamente, è possibile ricavare l'accelerazione: - -\begin{equation} - \vec{a}=\frac{d\vec{v}}{dt}=\frac{d(\vec{\omega} - \times \vec{r})}{dt}=\vec{\alpha} \times \vec{r} - + \vec{\omega} \times \vec{v} -\end{equation} - -È interessante notare che $\vec{\alpha} \times \vec{r}$ -è perpendicolare a $\vec{\omega} \times \vec{v}$, permettendoci -di calcolare facilmente il modulo dell'accelerazione: - -\begin{equation} - \norm{a} = \sqrt{\nnorm{\vec{\alpha} \times \vec{r}}^2 + \nnorm{\vec{\omega} \times \vec{v}}^2} -\end{equation} - -Non solo: $\vec{\alpha} \times \vec{r}$ è perpendicolare a $\vec{r}$ e -$\vec{\omega} \times \vec{v}$ gli è parallelo, ma possiede un verso opposto. -Per questa serie di motivi, $\vec{\alpha} \times \vec{r}$ viene chiamata -\textbf{accelerazione tangenziale} ($\vec{a_t}$), mentre -$\vec{\omega} \times \vec{v}$ viene chiamata \textbf{accelerazione centripeta} -($\vec{a_c}$). - -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}). +\include{1. I moti principali della meccanica newtoniana.tex} \end{document} \ No newline at end of file