La teoria del moto uniforme: definizione e spiegazione
La teoria del moto uniforme è un concetto fondamentale in fisica che descrive il movimento di un corpo che si sposta a velocità costante lungo una traiettoria rettilinea. Questo significa che il corpo in questione copre distanze uguali in intervalli di tempo uguali, senza accelerare o rallentare. La semplicità del moto uniforme fornisce una base per comprendere concetti più complessi del movimento e della dinamica.
La velocità, in questo contesto, è una misura della rapidità con cui un oggetto cambia posizione. Per un corpo in moto uniforme, la velocità è costante, il che implica che non ci sono variazioni nella sua velocità o direzione durante il movimento. La velocità viene comunemente espressa in metri al secondo (m/s) nel Sistema Internazionale di Unità (SI), e la sua grandezza in un moto uniforme è data dalla divisione della distanza percorsa dall’oggetto per il tempo impiegato a percorrerla.
Il moto uniforme è rappresentato graficamente da una linea retta quando si traccia la posizione dell’oggetto in funzione del tempo. Questo grafico lineare è un riflesso diretto della relazione lineare tra la distanza percorsa e il tempo trascorso, caratteristica distintiva del moto uniforme. Queste rappresentazioni grafiche non solo aiutano a visualizzare il movimento dell’oggetto, ma forniscono anche un mezzo per calcolare la velocità e analizzare varie proprietà del moto.
Vediamolo insieme.
Cos’è la velocità
La velocità è il rapporto tra lo spazio percorso e il tempo impiegato a percorrerlo.
Nel Sistema Internazionale lo spazio si misura in metri (m) e il tempo in secondi (s), di conseguenza la velocità si misura in metri al secondo (m/s).
Per passare da metri al secondo (m/s) a chilometri orari (km/h) si moltiplica il valore della velocità espresso in m/s per 3,6.
Per passare da chilometri orari (km/h) a metri al secondo (m/s) si divide il valore della velocità espresso in km/h per 3,6.
Per calcolare la velocità (v) dividiamo lo spostamento o spazio percorso (s) per il tempo (t) impiegato a percorrerlo:
$$v=\frac st$$
Se sfidi un tuo amico in una gara di velocità, vincerà chi per primo arriva al traguardo oppure chi raggiunge il traguardo in minore tempo.
La grandezza che esprime la rapidità con cui il vincitore è arrivato al traguardo è la velocità.
Ad esempio se la distanza da percorrere è pari a 200 metri e impieghi 50 secondi per arrivare al traguardo significa che la tua velocità è di:
(200 m) / (50 s)= 4 m/s ovvero 14,4 km/h.
Se il tuo amico impiega 45 secondi a percorrere la stessa distanza avrai perso la sfida.
Misura della velocità e velocità istantanea
La velocità istantanea esprime uno spostamento riferito a un intervallo di tempo così piccolo da essere considerato un istante (è la velocità misurata dal tachimetro dell’automobile).
Nel Sistema Internazionale lo spazio si misura in metri (m) e il tempo in secondi (s), di conseguenza la velocità si misura in metri al secondo (m/s).
Per passare da metri al secondo (m/s) a chilometri orari (km/h) si moltiplica il valore della velocità espresso in m/s per 3,6.
Per passare da chilometri orari (km/h) a metri al secondo (m/s) si divide il valore della velocità espresso in km/h per 3,6.
Ad esempio se stai correndo con una velocità di 30 km/h significa che per calcolare la tua velocità in m/s basterà dividere 30 / 3,6 = 8,34 m/s.
La velocità media
La velocità media esprime la distanza percorsa nell’unità di tempo.
Immagina di partecipare alla corsa campestre della tua scuola in cui ogni giro comprende un tragitto di 1500 metri.
Percorri il primo giro in 375 secondi quindi la tua velocità è di
1500 m / 375 s= 4 m/s.
Cominci a sentirti stanco e per il secondo giro impieghi 500 secondi quindi la tua velocità è di
1500 m / 500 s= 3 m/s.
Durante il terzo giro sei distrutto e impieghi 750 secondi quindi la tua velocità è di
1500 m / 750 s= 2 m/s.
La tua velocità media sarà data da
4500 m / 1625 s = 2,77 m/s
Ovvero dal percorso totale diviso per il tempo totale impiegato a percorrerlo.
Il moto rettilineo uniforme
Nel moto rettilineo uniforme un corpo si muove lungo una traiettoria rettilinea con velocità costante e percorre spazi uguali in intervalli di tempo uguali.
Il moto rettilineo uniforme è un moto caratterizzato da traiettoria rettilinea e velocità costante.
Dalla formula per il calcolo della velocità
$$v = \frac st$$
si ricava la legge oraria del moto rettilineo uniforme:
$$s = v · t$$
spazio e tempo sono grandezze direttamente proporzionali, ovvero all’aumentare di uno aumenta anche l’altro e quando un valore diminuisce anche l’altro diminuisce.
Rappresentazione del moto rettilineo uniforme
Il moto rettilineo uniforme si rappresenta tramite un diagramma che descrive lo spazio percorso in funzione del tempo impiegato a percorrerlo.
Il moto rettilineo uniforme è una relazione di proporzionalità diretta quindi viene rappresentato nel seguente modo:
- Nel grafico spazio-tempo;
- Il tempo è rappresentato sull’asse delle x (o delle ascisse);
- Lo spazio è rappresentato sull’asse delle y (o delle ordinate)
- Il moto rettilineo uniforme è la semiretta che parte dall’origine degli assi ed è inclinata rispetto all’asse delle x (o delle ascisse).
- Immaginiamo di muoverci a velocità costante pari a 3 m/s su una linea.
In un secondo avremo percorso 3 metri, in 2 secondi avremo percorso 6 metri e così via.
Se vogliamo calcolare lo spazio percorso basterà utilizzare la formula della legge oraria del moto rettilineo uniforme (s=v · t).
Quindi in 5 secondi ho percorso 15 metri perché s=v · t = 3 m/s · 5 s = 15 metri.
Laboratorio velocità
Per eseguire questo esperimento dobbiamo procurarci:
un cronometro, un metro a nastro, un gessetto, un’asse di legno e una macchinina.
Fissa l’asse di legno in modo che la macchinina possa scorrere sopra di essa senza cadere.
Con il gessetto colora una striscia per terra distante 1 metro dall’ inizio della rampa.
Questa linea sarà l’arrivo della tua macchinina.
Prendi il cronometro e misura in quanto tempo la macchinina percorre la rampa.
Se vuoi aumentare la velocità della macchinina devi aumentare la pendenza della rampa.
Quindi prova ad alzare la rampa mantenendo la distanza di un metro all’arrivo.
In questo modo diminuirai il tempo di percorrenza della rampa, ma la lunghezza del percorso resta la stessa.
Questo a dimostrazione del fatto che velocità e tempo sono due grandezze inversamente proporzionali perché se una aumenta l’altra diminuisce.