il movimento e l'equilibrio - scopri perchè

IL MOVIMENTO E L'EQUILIBRIO

Quale di questi due corpi è in movimento?

In fisica il movimento è chiamato moto: se un corpo è in movimento si dice che è in moto, se è fermo si dice che è in quiete.

E' sempre facile stabilire se un corpo è in moto?

Osservando dalla Terra, cosa ci sembra si stia muovendo? E osservando dallo spazio?

Immagina di essere su un treno fermo in stazione di fianco a un altro treno, fermo anch’esso. A un certo punto, guardando dal finestrino vedi l’altro treno muoversi ma non sai con certezza se è proprio così o invece se è il tuo treno a essersi messo in moto. Come puoi fare per toglierti ogni dubbio?

Per stabilire se un corpo è in moto o in quiete deve sempre essere individuato un sistema di riferimento.

Un sistema di riferimento è qualcosa rispetto a cui un corpo si muove o sta fermo.

- Un corpo è in quiete se, rispetto a un certo sistema di riferimento, la sua posizione non cambia nel tempo; - Un corpo è in moto se, rispetto a un certo sistema di riferimento, la sua posizione cambia nel tempo.

Normalmente, per descrivere un moto, si usa la Terra come sistema di riferimento, perché anche se essa si muove su se stessa, intorno al Sole, e insieme al Sole nello spazio, non avvertiamo i suoi movimenti.

Per chi non avesse capito (e per ripassare)!

Quali sono gli elementiche caratterizzano il moto? Cosa posso dire di una macchina che sta viaggiando?

1) La TRAIETTORIA: è il percorso effettuato, la linea ottenuta congiungendo tutti i punti toccati dal corpo nel suo moto.

2) Lo SPAZIO TOTALE (s) che è stato percorso

L’unità di misura dello spazio è il metro (m) per brevi distanze o il kilometro (km) per distanze più lunghe.

3) Il TEMPO impiegato

Il tempo viene misurato in secondi (s), minuti (min) o ore (h).

E poi?

4) La VELOCITÀ: è il rapporto tra lo spazio percorso e il tempo impiegato

Si misura in chilometri orari (Km/h) o metri al secondo (m/s)

ESEMPIO: Un aereo di linea percorre circa 4900 km in 5 ore. A quale velocità viaggia?

1 km = 1000 m 1 h = 3600 s

TIPI DI MOTO:

• MOTO RETTILINEO UNIFORME
• MOTO VARIO
• MOTO UNIFORMEMENTE ACCELERATO

1) MOTO RETTILINEO UNIFORME

Se vai in bicicletta su un tratto di strada liscia e pianeggiante, senza frenare né accelerare, come sarà la tua velocità durante il tragitto?

La velocità rimarrà costante. Si dice quindi che il moto è uniforme.

Nel moto rettilineo uniforme vengono percorsi SPAZI UGUALI IN TEMPI UGUALI. La velocità è sempre la stessa.

Proviamo a riportare in un grafico cartesiano questi valori:

spazio

Che grafico otteniamo?

tempo

Ottieniamo un grafico che rappresenta la legge del moto uniforme: è una semiretta che passa per l’origine degli assi.

La velocità è uguale in tutti i punti della traiettoria!

Come calcolo la velocità a partire da un grafico?

Quale tra questi camion andrà più veloce? Posso capirlo anche senza fare calcoli?

Più la semiretta è "impennata" maggiore sarà la velocità!

1) Se un atleta riesce a correre per 100 metri in 10 secondi, a che velocità è andato? Scrivi la velocità sia in m/s che in km/h. 2) Il treno veloce riesce a fare 900 km in 3 ore, a che velocità? Scrivi la velocità sia in km/h che in m/s. 3) Una macchina percorre 300 km in 180 minuti. A che velocità sta andando?

Ma ... nella vita quotidiana, quanto è comune il moto rettilineo uniforme?

Nella realtà il moto uniforme avviene raramente e di solito è tale per piccoli intervalli di tempo: difficilmente un corpo può mantenere costante la sua velocità, perché su di esso agiscono continuamente delle forze che tendono a variarla.

2) IL MOTO VARIO

La velocità è la stessa in tutte le tappe del percorso? Calcoliamola!

Possiamo calcolare una VELOCITÀ MEDIA per l'intera traiettoria?

VELOCITÀ MEDIA dell'oggetto: il rapporto tra LO SPAZIO TOTALE e il TEMPO TOTALE.

Proviamo a rappresentare questi valori di moto vario in un grafico spazio tempo e vediamo cosa otteniamo.

spazio

tempo

Otteniamo un RETTA SPEZZATA che indicherà le velocità medie nei vari tratti che vengono presi in considerazione

Il rumore che senti del motore è sempre lo stesso? Che cosa pensi accada quando cambia?

L’ACCELERAZIONE è la variazione di velocità in un certo intervallo di tempo. Esprime perciò la rapidità con cui avvengono i cambiamenti di velocità.

L'accelerazione può essere positiva (se la velocità aumenta) o negativa (decelerazione, la velocità diminuisce). Si misura in METRI AL SECONDO QUADRATO (m/s2).

ESERCIZI:

• Un'automobile dopo 30 minuti di viaggio (t1) ha una velocità di 100 km/h (v1). Dopo 60 minuti di viaggio (t2) ha una velocità di 120 km/h (v2). Quanto vale l'accelerazione?

• La stessa auto, dopo 90 minuti di viaggio (t3) ha una velocità di 65 km/h (v3). Calcola l'accelerazione rispetto al punto 1 e al punto 2.

0 km/h 100 km/h 120 km/h 65 km/h

PUNTO 3

PUNTO 2

PUNTO 1

PUNTO 0

Cosa succede se sto viaggiando a una velocità di 10 km/h e comincio a premere l'acceleratore sempre con la stessa forza? E se viaggio a 120 km/h e inizio a premere il freno sempre con la stessa forza?

3) MOTO UNIFORMEMENTE ACCELERATO

PUNTO 0 PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3

0 m 4,9 m 19,6 m 44,1 m 0 s 1 s 2 s 3 s

Come varia la velocità? Proviamo a vedere come varia l'accelerazione.

Nel moto uniformemente accelerato varia la velocità ma L'ACCELERAZIONE È COSTANTE.

spazio

tempo

Che grafico otteniamo?

Il grafico spazio-tempo del moto uniformemente accelerato è una PARABOLA (ramo di parabola).

Per calcolare lo spazio percorso in un moto uniformemente accelerato utilizzo questa formula:

Anche un corpo in caduta libera segue le leggi del moto uniformemente accelerato. In questo caso l'accelerazione corrisponde all'accelerazione di gravità.

Se lascio cadere una piuma e un martello nello stesso momento sulla Terra, quale dei due oggetti toccherà prima il suolo? E sulla Luna?

Galileo Galilei e l'esperimento dalla Torre di Pisa con due sfere di massa diversa.

Lo spazio percorso non dipende dal tipo di oggetto o dal suo peso: le uniche variabili che intervengono sono l’accelerazione di gravità (g) e il tempo (t). Sulla Terra è la presenza dell’aria che “frena” i corpi che presentano una superficie più estesa; per questo in presenza di aria il martello scende più velocemente della piuma.

ESERCIZI a. Un corpo cade dalla sommità di un palazzo e raggiunge il suolo in 10 secondi. Calcola l’altezza del palazzo. b. Un corpo si muove di moto uniformemente accelerato con un’accelerazione costante pari a 6 m/s2. Calcola lo spazio percorso in 5 secondi.

LE FORZE, L'EQUILIBRIO, LE LEVE

Se dico FORZA, cosa ti viene in mente?

Con che strumento si misurano le forze? Qual'è l'unità di misura delle forze?

Il DINAMOMETRO è lo strumento con cui si misura l’intensità delle forze. L'unità di misura delle forze è il newton (simbolo N).

La deformazione della molla è direttamente proporzionale all'intensità della forza che la causa. Maggiore è la deformazione, maggiore è la forza applicata.

Come possiamo rappresentare una forza? Mi basta un numero? Se ti dicono: spingi quel tavolo con una forza di 10 N. Che domanda faresti? Cosa ci serve sapere?

• L'INTENSITÀ: la misura della forza
• IL PUNTO DI APPLICAZIONE: dove devo spingere/colpire/ecc...
• LA DIREZIONE: la retta lungo la quale la forza agisce (orizzontale, verticale, obliqua, ecc...)
• IL VERSO: in che "senso" devo applicare la forza (su, giù, destra, sinistra)

intensità

Qual'è il punto di applicazione? La direzione? Il verso?

Cosa succede se cambio il punto di applicazione?

Esistono forze che agiscono a distanza?

Cosa fa orientare l'ago della bussola verso nord?

CAMPO MAGNETICO TERRESTRE il nostro pianeta è simile a un'enorme calamita

Ricordate la differenza tra massa e peso?

Il peso è una forza!

Composizione di forze

Se un oggetto è sottoposto a più forze contemporaneamente, il loro effetto complessivo è chiamato FORZA RISULTANTE

a) Forze con STESSA DIREZIONE e STESSO VERSO (FORZE CONCORDI)

La RISULTANTE sarà uguale alla SOMMA delle due (o più) intensità.

R = F1 + F2

b) Forze con STESSA direzione ma VERSO OPPOSTO (forze DISCORDI)

La risultante sarà uguale alla DIFFERENZA tra la forza maggiore e quella minore.

R = F1 - F2 con F1 > F2

Quali forze agiscono?

Quali forze agiscono?

La forza (in questo caso muscolare) che si oppone alla forza peso e permette che l'oggetto sia in equilibrio è detta FORZA VINCOLARE

Cosa succede se la forza vincolare è minore della forza peso? E se è maggiore?

E se la direzione in cui agiscono le forze non è la stessa???

c) Forze con DIVERSA DIREZIONE

La risultante R è data, in direzione, verso e intensità, dalla DIAGONALE DEL PARALLELOGRAMMA costruito seui vettori che rappresentano le forze componenti.

DISEGNA E RISPONDI

ESERCIZI pag. 137-138

1. Calcola l’intensità della risultante di un sistema di forze applicate nello stesso punto, con la stessa direzione, lo stesso verso e con una intensità rispettivamente di 7 N e di 3 N. Rappresenta graficamente il sistema ponendo 1 cm pari a 1 N. 2. Calcola l’intensità della risultante di un sistema di forze applicate nello stesso punto, con la stessa direzione, verso opposto e la stessa intensità che è pari a 5 N. Rappresenta graficamente il sistema ponendo 1 cm pari a 1 N. 3. Calcola l’intensità della risultante di un sistema di forze applicate nello stesso punto, con la stessa direzione, verso opposto e con una intensità rispettivamente di 7 N e di 10 Kgp. Rappresenta graficamente il sistema ponendo 1 cm = 1 N.

Che cos'è l'equilibrio?

Quali sono le forze che intervengono e determinano l'equlibrio di questi oggetti?

Se la RISULTANTE delle forze che agiscono su di un corpo è NULLA (intensità uguale a zero) il corpo è in EQUILIBRIO.

Ma qual'è il punto di applicazione della forza peso in un corpo?

Ogni corpo si comporta come se tutto il suo peso fosse concentrato in un solo punto: IL BARICENTRO. Esso è il punto di applicazione della forza-peso di un corpo. Riesci ad immaginare dove si trova il baricentro del nostro corpo?

Come fa la torre di Pisa a stare ancora in piedi????

Se la PROIEZIONE VERTICALE del baricentro sta dentro la base d'appoggio, il corpo rimane in equilibrio.

Provate a farlo con un righello o una matita!

Come determiniamo il baricentro di un corpo?

a) FIGURE REGOLARI

• TRIAGOLI: Il baricentro è il punto di intersezione delle sue mediane
• POLIGONI OLTRE I TRE LATI: punto di incontro delle diagonali

b) FIGURE IRREGOLARI: tracciando almeno due linee verticali passanti per il punto di sospensione

La posizione del baricentro dipende dalla forma del corpo e dal modo in cui è distribuito il peso complessivo.

Si trova nel CENTRO GEOMETRICO del corpo se il corpo è OMOGENEO (costituito da un unico materiale e con una forma regolare). es. un righello. È spostato dalla PARTE PIÙ PESANTE se il corpo è ETEROGENEO (costituito da materiali diversi e forma irregolare). es. un coltello

Può anche trovarsi AL DI FUORI del corpo.

I TRE TIPI DI EQUILIBRIO

Tre tipi di equilibrio nei corpi sospesi

ESERCIZIO pag. 142

Come potrebbe sollevare questo masso facendo meno fatica?

Per vincere le forze possiamo usare MACCHINE SEMPLICI (non richiedono l'uso di un motore, ma solo della forza muscolare dell'uomo). Foto: macchine di Galileo

LE LEVE

"Datemi una leva e solleverò il mondo" Archimede (Siracusa, 287 a.C. circa – Siracusa, 212 a.C.)

La LEVA è un oggetto rigido che può ruotare intorno ad un punto (FULCRO) e permette di vincere una forza (RESISTENZA) con un'altra forza (POTENZA)

• Braccio della potenza: distanza della potenza dal fulcro
• Braccio della resistenza: distanza della resistenza dal fulcro

Come cambia l'equilibrio a seconda della posizione delle forze?

Ricaviamo la regola generale attraverso degli esperimenti ...

Archimede aveva capito che si poteva ridurre la forza necessaria a muovere un determinato peso semplicemente aumentando la distanza dal punto di applicazione, ovvero dal fulcro.

ESERCIZIO pag 150

Gioca!

1) Una leva di primo genere è lunga 30 cm. A una estremità è applicata una resistenza di 80N avente un braccio di 10 cm. Quale potenza bisogna applicare all'altra estremità per avere l'equilibrio? 2) Ad una estremità di una leva di I genere è applicata una resistenza di 80N avente un braccio di 10cm. A quale distanza adal fulcro si deve applicare una forza P di 40N per equilibrare la leva? 3) In una leva di primo genere, i bracci della forza motrice e della forza resistente sono rispettivamente di 2,40m e 0,80m. È applicata una forza motrice di intensità pari a 15N. Quale forza resistente è possibile equilibrare con questa leva?

SUBTÍTULO AQUÍ

Tanti tipi di leve, ma....sono tutte vantaggiose?

VANTAGGIOSA SVANTAGGIOSA INDIFFERENTE

VANTAGGIOSA: Braccio potenza > Braccio resistenza SVANTAGGIOSA: Braccio potenza < Braccio resistenza INDIFFERENTE: Braccio potenza = Braccio resistenza

PIÙ LUNGO È IL BRACCIO DELLA POTENZA, PIÙ VANTAGGIOSA È LA LEVA

I DIVERSI TIPI DI LEVE

SEMPRE VANTAGGIOSE

SEMPRE SVANTAGGIOSE

ESERCIZIO pag 153

PRIMO GENERE

SECONDO GENERE

TERZO GENERE