Problema 1
Il moto è uniformemente accelerato.
Misurando i tempi a partire dall'istante in cui il corpo passa per
A, l'equazione del moto è :
x(t)= ½ at2+v0t+x0 con x0=xA
e v0=vA.
In B deve essere: xB=½ atB2+vAtB+x0
e vB= atB+vA . Queste sono
due equazioni con incognite a e tB.
La soluzione è a=(vB2–vA2)
/ 2(xB-xA) ; tB=
2(xB–xA) / (vB+vA) .
Problema 2
1. Perchè il corpo resti fermo occorre che la risultante
delle forze applicate sia nulla. Indichiamo con l0 la
lunghezza a riposo della molla e con li la sua lunghezza
iniziale. In direzione tangente al piano inclinato la forza della molla
agisce
verso il basso con intensità k(l0–li) e la
forza peso
con intensità mg sin30°.
F deve essere quindi diretta verso l'alto e vale k(l0–li)
+
mg sin30°.
2. Si applica la conservazione dell'energia. L'energia potenziale della
molla diminuisce da ½ k(l0–li)2 a
0.
Poiché il corpo scende di un'altezza (l0–l)/sin30°
l'energia potenziale gravitazionale diminuisce di mg(l0–li)/sin30°.
L'energia cinetica, inizialmente nulla, è perciò nel
punto in cui l=l0 : ½ mv2 =
½ k(l0–li)2 +mg(l0–li)/sin30°.
3. Ancora si applica la conservazione dell'energia. Nel punto di
massimo allungamento lM l'energa cinetica è di nuovo
nulla. Quindi la variazione totale di energia potenziale (elastica e
gravitazionale) deve essere nulla. Cioè ½ k(l0–li)2
–½ k(lM–l0)2 +mg(lM–li)/sin30°=0.
Problema 3
1 e 2. L'equazione del moto del corpo, considerando come istante
iniziale l'istante in cui esso lascia la piattaforma e prendendo un
sistema di riferimento con origine alla base della piattaforma con
l'asse x orizzontale e l'asse y verticale, è:
x=v0t
y=–½ gt2+h
L'equazione della traiettoria è quindi la parabola
y=–½ g (x/v0)2
+ h.
L'equazione che descrive il piano inclinato è y=x (infatti
tg 45°=1).
L'ascissa (che è uguale all'ordinata e quindi alla quota) del
punto d'intersezione tra parabola e retta è la soluzione
positiva dell'equazione
xi=–½ g (x/v0)2 +
h e il tempo di caduta è ti=v0/xi.
3. Nell'urto si conserva la quantità di moto nella direzione
orizzontale. Prima dell'urto, la componente orizzontale della
quantità di moto del corpo è mv0 , mentre il
cuneo (di massa M) è fermo. Dopo l'urto la massa totale m+M si
muove sul piano orizzontale.
Quindi mv0 =(m+M)v
Problema 4
1. Un corpo che scende senza attrito da una quota h0
acquisisce una velocità v=√(2gh).
2. Nel percorso orizzontale, di lunghezza L, la forza d'attrito
fa un lavoro (negativo) pari a µmg·L. L'energia potenziale
alla quota massima hf che il corpo raggiunge sulla
seconda rampa è quindi mghf = mgh0 –
µmg·L ovvero hf = h0 –
µL