E-school  di  Arrigo Amadori

in collaborazione con :

Associazione Astrofili Cesenati  http://www.astrofilicesena.it/index.html  


CORSO DI CULTURA SCIENTIFICA DI BASE

(61') incontro del 18/03/2005 

resoconto


01 - La parabola in fisica.

Rispetto ad un sistema di riferimento cartesiano ortogonale  0xy , l'equazione di una generica 
parabola con asse parallelo all'asse delle  y  č :

        .

In fisica, molte formule hanno forma analoga e quindi corrispondono a delle parabole. 

Per esempio, la formula che dā lo spazio in funzione del tempo in un moto uniformemente 
accelerato č :

       

dove    č lo spazio iniziale, ovvero lo spazio al tempo  t =  0 ,   č la velocitā iniziale
ovvero la velocitā al tempo  t = 0 , ed  a  č l'accelerazione costante a cui č soggetto il corpo. 

Dal punto di vista matematico, la formula scritta sopra rappresenta una parabola (dove la 
variabile indipendente (la  x  della formula generale della parabola) č  t  e la variabile dipendente 
(la  y  della formula generale della parabola) č  s ). Graficamente :

       

Un altro esempio di formula fisica riconducibile alla parabola č :

       

dove  T  č l'energia cinetica,  m  la massa e  v  la velocitā. Naturalmente questa formula 
rappresenta una parabola se come variabile indipendente si considera  v .  

Un altro esempio č :

       

dove   č la forza centripeta,  m  la massa,  v  la velocitā e  r  il raggio della traiettoria.

Vediamo ora alcuni esempi di applicazione della parabola in fisica.

02 - Moto uniformemente accelerato : partenza da fermo.

Immaginiamo che un corpo parta fa fermo con accelerazione  a  costante. Immaginiamo, per 
comoditā, di fare partire il cronometro ( t = 0 ) quando il corpo si trova nella posizione  s = 0 .

Il moto in questione č uniformemente accelerato e la sua equazione oraria č allora semplicemente :

       

(essendo    e    entrambi nulli).

L'equazione oraria appena scritta č l'equazione di una parabola (considerando  t  la variabile 
indipendente).

Facciamo il caso concreto di  a = 4 m/sē .

L'equazione diventa :

        .

Si tratta di una parabola con vertice nell'origine e concavitā rivolta verso l'alto (essendo il 
coefficiente del termine di secondo grado  tē  positivo). Disegnamone il grafico partendo dalla 
tabella oraria :

        

ottenuta dando valori di comodo al tempo  t .

Il grafico orario č quindi :

       

03 - Moto uniformemente accelerato : frenata.

Consideriamo un corpo dotato di velocitā  che all'istante  t = 0  inizia a 
frenare con accelerazione costante negativa  a = -5 m/sē . Supponiamo che al tempo  t = 0  
lo spazio sia anch'esso nullo ( = 0 ).

L'equazione oraria del moto sarā allora :

        .

Si tratta di una parabola con concavitā rivolta verso il basso che passa per l'origine ed ha 
vertice  V(6,90)  (l'abbiamo calcolato usando la nota formula del vertice  ). 
Per disegnarla ricaviamo la seguente tabella oraria :

       

Il grafico č quindi :

       

04 - Energia cinetica.

L'energia cinetica di un corpo di massa  m  dotato di velocitā  v  č :

        .

Se consideriamo come variabile indipendente la velocitā  v  , la funzione qui scritta č rappresentata 
da una parabola. Notando che, se la velocitā raddoppia, l'energia cinetica diventa quattro volte 
maggiore, possiamo tracciare il seguente grafico :

       

Si noti che qui abbiano usato una scala delle ascisse inusuale ma comoda per "sottolineare" visivamente 
che se la velocitā dimezza l'energia diventa un quarto. 

Chi guida un autoveicolo dovrebbe "osservare" molto bene questo grafico !!! Egli noterebbe che 
per passare da  100 km/h  a  50 km/h  deve "perdere" i tre quarti dell'energia cinetica che aveva 
inizialmente. Anche per passare da  50 km/h  a  25 km  egli deve perdere i tre quarti dell'energia 
cinetica che aveva alla velocitā di  50 km/h .

05 - Esercizio per casa.

Un pedone corre alla velocitā  v = 18 km/h  per prendere l'autobus. Quando si trova a  10 m  
dall'autobus, questo parte con un moto uniformemente accelerato di accelerazione  a = 1 m/sē . 
Riuscirā il pedone a salire sull'autobus ?

Fine.


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