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[Risolto] Dimostrazione sul moto parabolico

  

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Un proiettile lanciato da un'altezza $y_{\mathrm{i}}=0$ con velocità iniziale di modulo $v_{0}$ inclinata di un angolo $\theta$ sopra l'orizzontale, raggiunge la massima altezza $H$ a un tempo $t_{1}$ dopo l'istante di lancio. Tale proiettile atterra poi a una quota $y_{f}=h \geq 0$. Scegli un sistema di riferimento con origine posta nel punto di lancio e asse $y$ orientato verso l'alto.
1 Scrivi la legge oraria del proiettile nella direzione $y$ e dimostra che il tempo di volo è:
$$
t_{\mathrm{v}}=t_{1}\left(1+\sqrt{1-\frac{h}{H}}\right)
$$
2 Verifica che la relazione che esprime l'altezza del punto di atterraggio $h$ in funzione del tempo di volo $t_{\mathrm{v}}$ è:
$$
h=-\frac{H}{t_{1}^{2}}\left(t_{\mathrm{v}}^{2}-2 t_{\mathrm{v}} t_{1}\right)
$$
3. Scrivi la relazione del punto 2 nel caso in cui $v_{0}=10,0 \mathrm{~m} / \mathrm{s} \mathrm{e} \theta=25,0^{\circ}$ e rappresentala in grafico (riportando $h$ sull'asse delle ascisse e $t_{\mathrm{v}}$ sull'asse delle ordinate) per $t_{1} \leq t_{\mathrm{v}} \leq 2 t_{1}$.

immagine

Buonasera,

l'esercizio allegato richiede la dimostrazione di una formula per calcolare il tempo di volo tv di un proiettile che, scagliato da terra con una velocità iniziale v0 inclinata rispetto all'orizzontale di un angolo θ, descrive un arco di parabola prima di atterrare a un'altezza h che può coincidere o no con il livello del suolo.

Grazie in anticipo per l'interesse e per l'aiuto.

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Si risolvono le equazioni dei moti verticale (prima) ed orizzontale (dopo)

moto verticale : 

hfin - hiniz.  = ± Vo*sen α*t - g/2*t^2

l'equazione va risolta per t (tempo di volo totale) 

moto orizzontale :

gittata : Vo*cos α*t 

 

nel caso particolare in cui hfin ed h iniz coincidano, si ha :

0 = Vo*sen α*t - g/2*t^2

...la velocità iniziale non può essere negativa (non ci sarebbe moto) 

g/2*t^2 = Vo*sen α*t

si semplifica per t

g*t = 2*Vo*sen α*

t = 2*Vo/g*sen α

sostituendo questa espressione di t nel moto orizzontale :

gittata : Vo*cos α*t = Vo*cos α*2*Vo/g*sen α = Vo^2/g*2*sen α*cos α 

...dalla trigonometria si sa che 2*sen α*cos α = sen 2α e la formula diventa :

gittata = Vo^2/g*sen 2α

Questa formula ci dice che, a pari Vo e g, la gittata è massima per sen 2α = 1 , il che implica α = 45°

 

nei casi in cui hfin ed h iniz non coincidano, le cose si complicano : t si ricava risolvendo una equazione di 2° grado .

se hfin > hiniz , t assume due possibili valori : il minore dei due per il raggiungimento di hfin in fase ascendente, il maggiore dei due per il raggiungimento di hfin in fase discendente.

 

provo a farti tre esempi con con numeri semplici :

1) hfin = hiniz. 

# angolo iniziale (di sparo) αo = 30° tal che  sen αo = 0,5 ; cos αo = 0,866

# g = 10 m/sec^2

# Vo = 100 m/sec 

gittata = Vo^2/g*sen 2αo = 10.000/10*sen 60° = 1.000*0,866 = 866 m 

 

2) hfin 100 ;  hiniz = 0

# angolo iniziale (di sparo) αo = +30° tal che  sen αo = 0,5 ; cos αo = 0,866

# g = 10 m/sec^2

# Vo = 100 m/sec 

100-0 = Vo*sen αo*t-g^2*t^2

100-100*0,5*t+5t^2 = 0

semplificando per 5

20-10t+t^2 = 0

t = (10±√10^2-80) = (10±√20)/2 = (10±2√5)/2 = 5±√5 sec 

gittata = Vo*cos 30*t = 100*0,866*(5+√5) = 627 m 

 

3) hfin -100 ;  hiniz = 0

# angolo iniziale (di sparo) αo = +30° tal che  sen αo = 0,5 ; cos αo = 0,866

# g = 10 m/sec^2

# Vo = 100 m/sec 

0-100= Vo*sen αo*t-g^2*t^2

-100-100*0,5*t+5t^2 = 0

semplificando per 5

-20-10t+t^2 = 0

t = (10±√10^2+80) = (10+√180)/2 = (10+6√5)/2 = 5+3√5 sec 

gittata = Vo*cos 30*t = 100*0,866*(5+3√5) = 1.014 m 

 

 

 

 

 



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