Moto uniformemente accelerato e moto in caduta libera

L’accelerazione è la rapidità con cui varia la velocità di un moto ed è una grandezza vettoriale.

L’accelerazione è una misura della variazione della velocità riferita all’intervallo di tempo in cui avviene la variazione di velocità ed esprime quindi la variazione della velocità nell’unità di tempo.

L’unità di misura dell’accelerazione è il metro al secondo quadrato (m/s2).

a= ( variazione di velocità ) / ( intervallo di  tempo )

L’accelerazione media è l’accelerazione calcolata in un intervallo di tempo.

Quando l’intervallo di tempo è così piccolo da essere considerato un istante, l’accelerazione è detta istantanea.

Quando la velocità diminuisce e il corpo rallenta allora l’accelerazione è negativa.

Il moto uniformemente accelerato è il moto di un corpo che si muove con accelerazione costante.

Dalle formule 

s = v·t 

a = v / t 

si ricava la legge oraria del moto uniformemente accelerato:

s = 1/2·a·t2

Tra lo spostamento e il tempo vi è una proporzionalità diretta quadratica, cioè lo spostamento è direttamente proporzionale al quadrato del tempo.

Immaginiamo di salire sul nostro monopattino e di iniziare a muoverci. 

Se ci muoviamo con regolarità la nostra velocità è costante e l’accelerazione nulla, ma un cane ci insegue abbaiando quindi dobbiamo aumentare la velocità e l’accelerazione ora ha un valore diverso da zero.

Da lontano vediamo una macchina ferma in mezzo alla strada quindi dobbiamo diminuire la velocità e l’accelerazione assume un valore negativo perché stiamo frenando.

Il grafico spazio-tempo è un ramo di parabola con il vertice nell'origine degli assi.

Parabola è una parola greca (parabolé) che indica una figura geometrica formata dai punti del piano equidistanti (cioè che hanno la stessa distanza) da un punto (F) e da una retta (r).

L’asse delle ascisse rappresenta il tempo trascorso in secondi e l’asse delle ordinate rappresenta lo spazio percorso in metri. 

Utilizziamo la legge oraria del moto uniformemente accelerato s=1/2·a·t2 e proviamo ad assegnare dei valori allo spazio e al tempo considerando un’accelerazione costante pari ad a= 3 m/s avremo:

t= 1 s ⇒  s= 1,5 m perché s=1/2·3·12 ovvero dopo un secondo avremo percorso 1,5 metri;

t= 2 s ⇒  s= 6,0 m perchè s=1/2·3·22 ovvero dopo due secondi avremo percorso 6 metri;

t= 3 s ⇒  s= 13,5 m perchè s=1/2·3·32 ovvero dopo tre secondi avremo percorso 13,5 metri;

t= 4 s ⇒  s= 24 m perchè s=1/2·3·42 ovvero dopo quattro secondi avremo percorso 24 metri;

Il moto di caduta libera è il moto di un corpo che cade per l’azione della forza di gravità della Terra quando viene lasciato.

In questo moto la velocità del corpo che cade verso la superficie terrestre aumenta costantemente di circa 9,8 m/s2. 

L’accelerazione che genera la variazione costante della velocità è detta accelerazione di gravità ed è indicata con il simbolo g. 

Il moto di caduta libera è un moto uniformemente accelerato con una traiettoria del moto rettilinea e accelerazione costante.

Il moto in caduta libera è uniformemente accelerato nel vuoto ovvero in assenza di aria.

Tutti i corpi soggetti alla forza di gravità che cadono nel vuoto hanno la stessa accelerazione.

Per comprendere il moto di caduta libera proviamo a lasciar cadere una pallina dalla nostra mano.

Più alto è il punto dal quale inizia a cadere la pallina maggiore sarà la velocità con cui arriva al suolo e quindi l’impatto sarà più forte.

L’aria frena i corpi che cadono esercitando una forza chiamata resistenza dell’aria.

Se lascio cadere una pallina di plastica e una pallina di acciaio posso osservare che quella in acciaio cadrà con velocità maggiore.

La  resistenza  dell’aria  influenza meno i corpi più compatti e più densi.

Le formule che possiamo ricavare per la caduta libera di un corpo sono:

h=1/2 g·t2 ovvero lo spostamento del corpo durante la caduta;

v = g·t ovvero la velocità del corpo che si calcola conoscendo il tempo di caduta;

v = 2·g·h ovvero la velocità raggiunta dal corpo conoscendo soltanto lo spostamento percorso.