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[Risolto] IL LAVORO E L’ENERGIA

  

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Una navicella spaziale di massa $2,00 \times 10^{4} \mathrm{~kg}$ si muove alla velocità di $410 \mathrm{~m} / \mathrm{s}$ nello spazio cosmico, lontano da qualunque corpo celeste. Il comandante della navicella fa accendere i motori in modo che essi spingano nella stessa direzione e nello stesso verso del moto iniziale della navicella. L'intensità della forza applicata dai motori alla navicella è mostrata nel grafico dove, in ascissa, si trovano i valori della posizione della navicella misurate a partire dal punto in cui i motori sono stati accesi.
a. Calcola il lavoro compiuto dai motori sulla navicella durante la fase di accensione dei motori.
b. Sulla base del calcolo precedente, determina la velocità della navicella al termine della fase di spinta.

Considera ora una navicella spaziale identica alla precedente che si trova a $600 \mathrm{~km}$ dalla superficie terrestre (quindi al di fuori dell'atmosfera) e che si al- lontana dalla Terra, lungo la direzione indicata nella figura, con la stessa velocità iniziale $v=410 \mathrm{~m} / \mathrm{s}$. In questa zona il valore dell'accelerazione di gravità $g$ è $8,19 \mathrm{~m} / \mathrm{s}^{2}$.
Il comandante della navicella fa accendere i motori esattamente come nel caso precedente.

c. Determina, nella situazione appena descritta, la velocità finale raggiunta dalla navicella.

d. Concludi la trattazione dimostrando qual è l'interpretazione fisica della grandezza $\frac{1}{2} m v^{2}$ in relazione al lavoro compiuto da una forza su un oggetto inizialmente fermo.

 

 

Se qualcuno é disponibile mi serve un aiuto riguardo il punto C e D (seconda foto). Allego in ogni caso anche la prima parte dell’esercizio che sono riuscita a svolgere in autonomia. Ringrazio in anticipo

1545CDED F2D6 4678 A6F4 4F5560737DE0
037CABFF AEE9 4086 A8A5 15CDFF12EF46

 

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Il lavoro è dato dall'area racchiusa dal grafico della forza che varia, e dall'asse dello spostamento S

Lavoro = F * S;

L = (B + b) * h / 2;

B = Spostamento totale = 10 000 m;

b = 8000 - 3000 = 5000 m;

h = F max = 4 * 10^5 N;

L = (10000 + 5000) * 4 * 10^5 / 2 = 15 * 10^3 * 2 * 10^5;

L = 30 * 10^8 J = 3,00 * 10^9 J; (lavoro della forza motrice).

Teorema energia cinetica:

L = 1/2 m v^2 - 1/2 m vo^2;

vo = 410 m/s;

m = 2,00 * 10^4 kg;

1/2 m v^2 = L + 1/2 m vo^2

v^2 = 2 * ( L + 1/2 m vo^2 ) / m;

v = radicequadrata[(2 * L /m) + vo^2] ;

v finale = radicequadrata[(2 * 3,00 * 10^9 /2,00 * 10^4) + 410^2];

v finale = radicequadrata[300000 + 168100] =  radicequadrata[468100];

v finale = 684 m/s.

La gravità frena la navicella, fa lavoro resistente, quindi negativo.

Lavoro forza di gravità, lavoro resistente, immaginiamo g costante = 8,19 m/s^2:

L gravità = - m * g * S = - 2,00 * 10^4 * 8,19 * 10000 = - 1,638 * 10^9 J;

Lavoro risultante = 3,00 * 10^9 - 1,638 * 10^9 = 1,36 * 10^9 J;

v finale = radicequadrata[(2 * L /m) + vo^2];

v finale = radicequadrata[(2 * 1,36 * 10^9 / 2,00 * 10^4) + 410^2];

vfinale = radicequadrata(304300) = 552 m/s;

 

1/2 m v^2 è l'energia cinetica di un corpo, dovuta alla sua velocità al quadrato e alla sua massa.

E' energia di movimento che aumenta o diminuisce grazie al lavoro della forza risultante agente sul corpo.

Ciao.

 

@mg ..great job indeed !!

Remanzini Rinaldo; grazie.

Non è un lavoro corretto. Il lavoro della forza di gravità si dovrebbe trovare con - DeltaU;

però per uno spostamento di 10 km, sicuramente è corretto considerare g costante. Non ho controllato se il valore dato per g è giusto a quella distanza dalla Terra (600 km).



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