2 Il moto uniforme

Considera il tragitto che da casa tua porta alla scuola e supponi di percorrerlo in autobus. Probabilmente incontrerai degli incroci, con o senza semaforo: l’autista frena, a volte si ferma, poi riparte. Quando c’è traffico procede lentamente, spesso rallenta, qualche volta accelera. Nella maggior parte degli spostamenti la velocità cambia continuamente, però se vai in bicicletta su un tratto di strada liscia e pianeggiante, senza frenare né accelerare, puoi mantenere costante per un certo tempo la velocità. In fisica si dice che ti stai muovendo di moto uniforme; se la traiettoria è rettilinea, il moto si dice rettilineo uniforme.


Qual è la caratteristica del moto uniforme?
Nello schema lo spazio percorso dalla bicicletta è rappresentato dalla retta rossa, il tempo impiegato a percorrere lo spazio è rappresentato dalla retta azzurra. Immagina che la bicicletta diventi un punto che si sposta sulla retta dello spazio a partire da 0. La bicicletta percorre 300 m in un minuto, 600 m in 2 minuti, 900 m in 3 minuti. Calcolando i rapporti tra gli spazi percorsi dal punto 0 e i tempi impiegati a percorrerli, ottieni i corrispondenti valori della velocità che è sempre di 5 m/sec. La velocità, in un moto uniforme è dunque costante: il corpo percorre spazi uguali in tempi uguali!


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. Un esempio pratico di moto uniforme è quello che puoi sperimentare lasciandoti spostare su un nastro trasportatore in aeroporto o su una scala mobile. In natura esistono alcuni esempi di moto uniforme: la luce, che si propaga nel vuoto alla velocità di 300000 km/sec e il suono che si trasmette nell’aria con la velocità di 340 m/sec.
Lo studio del moto di un corpo diventa più interessante se utilizzi le rappresentazioni grafiche.
Qual è la rappresentazione grafica del moto uniforme?
Considera il moto della bicicletta che si muove a velocità costante di 5 m al secondo. I dati relativi al moto si possono raccogliere in una tabella come quella sotto a sinistra. Se ora riporti i dati in un sistema di assi cartesiani, scrivendo sull’asse x i valori del tempo (t) e sull’asse y i valori dello spazio (s), ottieni un grafico che rappresenta la legge del moto uniforme: è una semiretta che passa per l’origine degli assi.


Le grandezze spazio e tempo sono direttamente proporzionali e la legge del moto si può esprimere con la formula:
s = v × t
dove v = costante

Tale formula è molto utile perché permette di calcolare in ogni istante lo spazio percorso dal corpo in movimento; nel caso precedente puoi sapere per esempio che dopo 10 secondi la bicicletta avrà percorso 50 metri: infatti s = 5 m/sec × 10 sec = 50 m.
Osserva ora i due grafici tracciati sullo stesso piano cartesiano: rappresentano i moti uniformi di due corpi che si muovono con due velocità diverse tra loro.


Il moto rappresentato dalla semiretta blu ha velocità di 5 m/sec mentre quello rappresentato dalla semiretta rossa ha velocità di 2 m/sec. Le due semirette sono inclinate diversamente rispetto all’asse x: più la velocità è elevata, più la semiretta si allontana dall’asse x e si avvicina all’asse y. Il confronto tra i grafici di due moti uniformi permette quindi di valutare “a occhio” quale dei due avviene a velocità maggiore.

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Grandezze vettoriali nel moto di un corpo

Se per descrivere il moto che compi ogni mattina per andare a scuola, dicessi che percorri lo spazio di 2 chilometri a una velocità di 4 km/h, daresti una descrizione incompleta. Per essere più preciso dovresti anche indicare il punto di partenza e il punto di arrivo, la direzione e il verso del tuo moto. Le grandezze spazio e velocità sono quindi due grandezze vettoriali, proprio come le forze; per descriverle non basta il loro valore numerico seguito dall’unità di misura. Un’altra grandezza vettoriale, legata al moto è l’accelerazione mentre il tempo è una grandezza scalare. Ecco come puoi rappresentare lo spazio percorso nel tuo moto usando un vettore:


dove:
AB = modulo del vettore; indica la lunghezza dello spazio, in scala
r = direzione dello spazio
A = punto di partenza
B = punto di arrivo; la punta della freccia indica il verso