La teoria dei corpi in movimento: il moto
La teoria del moto e del movimento è una delle colonne portanti della fisica: al centro di questa teoria troviamo concetti fondamentali come il sistema di riferimento, la traiettoria e lo spostamento, che insieme forniscono un quadro completo del movimento degli oggetti nello spazio e nel tempo.
Il moto, in termini semplici, può essere descritto come il cambiamento di posizione di un oggetto nel tempo. La teoria del moto non riguarda solo la velocità e l’accelerazione, ma anche come questi aspetti del movimento si relazionano tra loro e con le forze esterne.
Il sistema di riferimento è un aspetto cruciale nella descrizione del movimento. È un punto di vista, o un insieme di coordinate, rispetto al quale la posizione e il movimento di un oggetto vengono misurati. Questo sistema può essere fisso, come la superficie della Terra, o in movimento, come un treno in corsa. La scelta del sistema di riferimento è fondamentale, poiché il moto di un oggetto può variare drasticamente a seconda del punto di vista da cui viene osservato.
La traiettoria è il cammino che un oggetto segue nel suo movimento nello spazio. Può assumere forme semplici, come una linea retta, o più complesse, come un’orbita ellittica. La traiettoria ci dà una visione visiva del percorso di un oggetto, ma per comprenderne completamente il movimento, dobbiamo anche considerare la velocità e l’accelerazione lungo quel percorso.
Lo spostamento, invece, è una misura vettoriale che descrive il cambiamento nella posizione di un oggetto. A differenza della distanza percorsa, che è una quantità scalare, lo spostamento tiene conto della direzione del movimento. Questo concetto è essenziale per distinguere tra il percorso effettivamente percorso da un oggetto e il suo cambiamento di posizione netto.
Vediamone insieme gli aspetti principali.
Il movimento e la teoria del moto
Il movimento fa parte della nostra esperienza quotidiana.
Se un corpo cambia posizione nel tempo allora è in moto.
Tutto si muove e anche ciò che apparentemente sembra fermo sulla superficie terrestre si muove rispetto al Sole e alle stelle.
Il sistema di riferimento che dobbiamo sempre considerare è la Terra, altrimenti viene specificato un altro sistema di riferimento.
Un corpo è in stato di quiete se la sua posizione rispetto ad un certo sistema di riferimento non varia nel tempo ed è in stato di moto se invece nel tempo occupa posizioni diverse.
Stai camminando in un parco con il tuo cane, ad un certo punto si ferma per annusare una panchina, ma tu prosegui a camminare.
Prendendo la panchina come sistema di riferimento il tuo cane è in stato di quiete in quanto la sua posizione rispetto alla panchina non cambia nel tempo.
Tu invece sei in uno stato di moto in quanto la tua posizione rispetto alla panchina cambia con il passare del tempo.
Quando ti accorgi che il tuo cane si è fermato lo richiami e lui ti segue. Siete nuovamente entrambi in stato di moto rispetto alla panchina.
Il sistema di riferimento nel moto
Le caratteristiche del moto di un corpo dipendono dal sistema di riferimento scelto e di conseguenza il moto è relativo.
Sei fermo sul ponte di una nave in attesa che questa salpi per allontanarsi dal porto e dirigersi verso il mare aperto.
Quando la nave parte le persone accanto a te sono ferme e salutano i cari che li osservano allontanarsi dal porto.
La tua posizione non varia rispetto alla nave e alle persone accanto a te quindi sei in uno stato di quiete, ma la tua distanza dal porto aumenta quindi sei in moto rispetto al porto.
La nave e il porto sono due diversi sistemi di riferimento.
Il sistema di riferimento può essere:
- A UNA DIMENSIONE dove la posizione viene descritta da una retta orientata, che ha un’origine O e un’unità di misura stabilita;
- A DUE DIMENSIONI dove la posizione è descritta in un piano cartesiano delimitato da due assi perpendicolari tra loro, uno orizzontale (ascisse) e uno verticale (ordinate) che si incontrano in un punto chiamato origine O. In questo caso la posizione è individuata da una coppia di coordinate (x;y).
Traiettoria e spostamento nel moto
La traiettoria di un corpo in movimento è una linea immaginaria costituita dall’unione di tutte le successive posizioni occupate dal corpo dal punto di partenza al punto di arrivo.
Una foglia che cade da un albero percorrerà una traiettoria dal punto in cui si stacca dal ramo al punto in cui tocca terra.
Lo spostamento è rappresentato dal vettore, una freccia che ha tre caratteristiche.
- LA DIREZIONE è la retta su cui giacciono i punti I e F;
- IL VERSO che è la punta della freccia e va da I a F oppure da F a I;
- INTENSITA’ che è la lunghezza della freccia rappresenta la distanza tra I e F.
Una grandezza vettoriale o vettore è una grandezza caratterizzata da intensità, direzione e verso ed è rappresentata da una freccia.
Istante e intervallo di tempo nel moto
L’intervallo di tempo indica la durata di un fenomeno ed è dato dalla differenza tra l’istante finale e l’istante iniziale.
Possiamo indicare l’istante iniziale con t0 e l’istante finale con t1 e la durata di un fenomeno è compresa tra questi due istanti.
Il tempo si misura in secondi (s) e lo strumento utilizzato per misurarlo è il cronometro.
Il tempo è una grandezza scalare caratterizzata da un numero e da un’unità di misura.
Guardando fuori dalla finestra prova a cronometrare in quanto tempo un pedone attraversa la strada partendo da un marciapiede e arrivando a quello opposto.
L’istante iniziale sarà quello in cui il pedone inizia ad attraversa la strada mentre l’istante finale sarà quello in cui il pedone mette piede sul marciapiede dopo aver attraversato la strada.
In questo modo avrai misurato la durata di un fenomeno, ovvero un intervallo di tempo.
Quali sono i tipi di moto
Il moto può essere:
- RETTILINEO se è descritto da una retta;
- CURVILINEO se non è rettilineo.
I moti curvilinei si distinguono in:
- CIRCOLARE se la traiettoria è un cerchio. Lo possiamo visualizzare osservando una ruota panoramica;
- PARABOLICO se la traiettoria è una parabola. È detto anche moto del proiettile;
- ELLITTICO se la traiettoria è un’ellisse. Ad esempio il moto della Terra attorno al Sole.