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venerdì 14 ottobre 2016

MOTO PARABOLICO

 

Il moto del proiettile è un esempio di moto parabolico. Anche una pallina che cade da un tavolo è un moto parabolico. In moto di un proiettile si può pensare come la COMPOSIZIONE di un moto accelerato in verticale e di un moto rettilineo uniforme in orizzontale. In ogni istante il vettore velocità si scompone nella componente orizzontale Vₓ che è costante e in quella verticale Vy che varia in modo lineare nel tempo secondo il moto accelerato. Guarda il seguente video:



EQUAZIONE DEL MOTO

 

Equazione del moto

Un corpo viene lanciato con velocità iniziale v0 (v0x, v0y).

$$ v_0 = \sqrt{v_{0x}^2 + v_{0y}^2} $$

Se α è l’angolo che v0 forma con l’orizzontale, possiamo scrivere le componenti del vettore v0:

$$ v_{0x} = v_0 \cos \alpha $$ $$ v_{0y} = v_0 \sin \alpha $$

Le equazioni del moto (se per t = 0 il corpo si trova nell’origine) sono:

$$ x = v_{0x}\, t $$ $$ y = v_{0y}\, t - \frac{1}{2} g t^2 $$

$$ v_x = v_{0x} $$ $$ v_y = v_{0y} - g t $$

NB: se il punto di partenza non si trova nell’origine è sufficiente aggiungere la posizione iniziale x0 e y0.


Equazione della traiettoria

Dalla prima equazione ricavo il tempo:

$$ t = \frac{x}{v_{0x}} $$

e sostituisco nella seconda:

$$ y = v_{0y}\, \frac{x}{v_{0x}} - \frac{1}{2} g \left( \frac{x}{v_{0x}} \right)^2 $$

L’equazione ottenuta è del tipo:

$$ y = -a x^2 + b x $$

$$ a = \frac{g}{2 v_{0x}^2}, \qquad b = \frac{v_{0y}}{v_{0x}} $$


Altezza massima

Si trova ponendo vy = 0. L’istante corrispondente è:

$$ t = \frac{v_{0y}}{g} $$

che sostituito nell’equazione di y fornisce:

$$ y = v_{0y}\, \frac{v_{0y}}{g} - \frac{1}{2} g \left( \frac{v_{0y}}{g} \right)^2 $$

$$ h_{max} = \frac{1}{2} \frac{v_{0y}^2}{g} $$

Si può ottenere anche dall’equazione della traiettoria ricordando che il vertice di una parabola è:

$$ y = -\frac{b^2}{4a} $$

TEMPO DI VOLO

E' il doppio del tempo per arrivare nel punto di massima altezza:

GITTATA 

(MAX DISTANZA X DAL PUNTO DI LANCIO)

Si ottiene sostituendo il tempo di volo nell'equazione di x. Si ottiene
 

Quindi la gittata è data da:

In funzione dell'angolo di tiro 𝜶 si ha:




La gittata massima si ottiene per un angolo di 45° quando il prodotto delle componenti della velocità è massimo .  Il valore massimo della gittata si ottiene quando seno è 1 ossia quando 2𝝰 =90°. Oppure senza goniometria si può dire che il prodotto di due numeri è massimo quando sono uguali ma le due componenti della velocità sono uguali quando formano un quadrato ossia l'angolo è di 45°.

Ma qual è la distanza massima che si può raggiungere con una data velocità iniziare? è G=v₀²/g quando si pone l'inclinazione a 45°.

A 45° risulta :



L'esempio più semplice è quello del moto di una pallina lanciata orizzontalmente con una velocità orizzontale vₒ da un tavolo.  Si può  scomporre in due moti distinti: un moto verticale uniformemente accelerato (identico a quello della caduta di un grave)  e un moto rettilineo uniforme in orizzontale con velocità costante vₒ. Guarda il seguente video:



L'equazione del moto  rispetto al sistema fissato con l'origine che coincide con il punto di partenza e asse y rivolto verso l'alto è x=v₀t per il moto orizzontale e  y=-1/2gt² per il moto verticale. Ricavando t dalla prima equazione : t=x/v0 e sostituendo si ottiene l'equazione della traiettoria
che è del tipo y=ax² con a negativo. E' quindi l'equazione di una parabola con la concavità rivolta verso il basso.
Quanto vale il tempo di caduta se l'altezza del tavolo è h?
Basta porre y=-h e si ricava :
che è lo stesso tempo di caduta in verticale di un grave lasciato cadere dalla stessa altezza h.
Per determinare la gittata (distanza in orizzontale del punto di arrivo a terra  rispetto al punto di partenza) è sufficiente sostituire il tempo di caduta nell'equazione x=vₒt

Attività proposta: Usa la seguente simulazione per svolgere esperimenti di lancio 

file:///C:/Users/selam/AppData/Local/Temp/phet-projectile-motion/projectile-motion_it.html

compila la seguente tabella



 
 

 
applet di simulazione (CLICCA QUI)
 
 

video lezioni (leggi orarie e soluzione problemi)


 

 

 



un po' di storia 





PROBLEMI
 



 

 
I
il video propone un problema di moto parabolico: determinare la velocità iniziale Vo per fare canestro conoscendo la distanza del canestro 5,80m l'altezza H=  3,05m, l'altezza del giocatore h=2,11, la componente y della velocità iniziale Vy=4,29m/s

 moto parabolico nella realtà

Il primo a studiare il moto parabolico fu Galileo Galilei. Il video mostra l'apparato sperimentale:


Nel seguente video il famoso esperimento "la scimmia e il cacciatore".   Con quale inclinazione bisogna puntare il fucile in modo da colpire un bersaglio che inizia a cadere nell'istante in cui viene lanciato il proiettile?
La risposta è: lungo la direzione della congiungente fucile - scimmia.


Nell'esperimento del video la scimmia cade nell'istante dello sparo. Sai spiegare perchè il proiettile colpisce la scimmia ?


GIOCHI CON MOTO PARABOLICO
Gioco con il moto parabolico CLICCA QUI (Serve il Java)


In questa pagina trovi una raccolta di simulazioni sul moto parabolico: CLICCA QUI

Puoi simulare il moto di un proiettile variando il vettore velocità iniziale 

video realizzati dagli studenti