lancio sasso da un palazzo

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fur3770

lancio sasso da un palazzo

Messaggio da fur3770 »

Un uomo lancia un sasso da un balcone di un palazzo alto $ 50 m $ rispetto al suolo, con una velocità di $ 10 \frac{m}{s} $. Calcolare la distanza a cui cade il sasso al suolo se l'angolo formato con l'orizzontale è $ 0° $ o $ 45° $.
Calcolare l'angolo per cui la distanza è massima.

Calcolare,poi, nel caso di $ 0° $ l'angolo che il vettore velocità forma con la verticale (ovvero con il vettore accelerazione) quando il sasso tocca terra. Cacolare il raggio di curvatura della traiettoria nel punto di lancio e quando il sasso tocca terra.


Qualcuno può darmi una mano e non limitarsi solo a leggere (se capace,si intende)...
grazie molte 8)
intanto provo a farli
shuzz
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Messaggio da shuzz »

Se il vettore velocità forma un angolo di 0° con l'orizzonte, la componente x sarà massima (cioè 10 m/s), la componente lungo y sarà 0. Perciò ricavando t dalla formula $ s=gt^2/2 $ sappiamo il tempo che il sasso impiega a toccare terra. Basta moltiplicare questo tempo per la componente x e si ha la distanza a cui il sasso arriva al suolo. Circa 32m

Se l'angolo è di 45° si ha una componente lungo l'asse delle y pari a $ v_y=vsin\alpha $. Perciò il campo gravitazionale deve prima annullare questa velocità e poi accelerare il sasso verco il basso. Dalla formula $ v_y=at $ ci ricaviamo il tempo necessario per decelerare fino a $ v_y=0 $ il sasso. La sua altezza però è aumentata infatti il sasso ha percorso uno spazio di $ s=gt^2/2 $. perciò ora basta ripartire da questa nuova altezza e trovare il punto d'impatto.
fur3770

Messaggio da fur3770 »

cmq per calcolare l'angolo col quale deve essere lanciato per far sì che la distanza di arrivo del sasso sia max la vedo dura. intuitivamente quest'angolo dovrebbe essere minore di 45°,diversamente dalla situazione in cui lancio il sasso da terra quindi a h=0 e cade a h=0. Per intuire ciò ho pensato che se salgo su un palazzo alto 100 piani, sicuramente per lanciare una pietra in piu' lontano possibile non la lancio a 45° ma qualcosa in meno... infatti con l'altezza del lancio intuitivamente si capisce che si tende a lanciarlo piu' in orizzontale che a 45°...
cmq, questo punto non so farlo. qualcuno c'è che mi spiega piu' dettagliatamente la soluzione?

ciao e grazie
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Bacco
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Messaggio da Bacco »

Vorrei proporre un altro metodo:
pongo l'origine delle coordinate nel punto di lancio e scrivo la relazione $ -h=vtsen\alpha - \frac{gt^2}{2} $. Risolvo rispetto a $ t $ e trovo che l'unico valore accettabile, perchè non negativo, è $ t=\frac{v sen\alpha + \sqrt{v^2(sen\alpha)^2 +2hg}}{g} $.
Pertanto:

$ x=vcos\alpha \frac{v sen\alpha + \sqrt{v^2(sen\alpha)^2 +2hg}}{g} $

Allora, per $ \alpha=45° x_{max}=28,2 m $.

A questo punto basta (si fa per dire) derivare questa funzione $ x=f(\alpha) $ e porre $ \frac{dx}{d\alpha}=0 $, dunque risolvere rispetto a $ \alpha $. Io c'ho provato, ma poi mi sono arreso (vengono calcoli possibili ma davvero ingestibili, con svariate :shock: potenze di funzioni trigonometriche) e allora mi sono affidato a un programma di elaborazione grafici, che oltre a confermare la validità di questa soluzione per i casi particolari già calcolati mi ha detto che la derivata si annulla in $ \alpha=0,2954 $ da cui$ x_{max}=33,534 m $.
(Occhio: $ \alpha $ è in radianti! In gradi è 16,9°).
Di certo ci dev'essere un modo umano per farlo, solo che io per ora non l'ho visto, oppure ho sbagliato i conti: controllate.

Per quanto riguarda l'angolo è facile: $ \beta=arctg \frac{v_x}{v_y} = arctg \frac{v}{\sqrt{2gh}} $ nel caso $ \alpha=0 $.

Per quanto riguarda il raggio di curvatura non ne sono per nulla sicuro, ma secondo me bisogna considerare che la forza peso è centripeta, quindi vale che $ P_{perpendicolare al moto}=mv^2r^{-1} $. Nell'istante iniziale si ricava che $ r_0=\frac{v^2}{g} $. Nell'istante finale del moto..... Nota: sarebbe interessante studiare come varia il raggio di curvatura, tanto abbiamo già tutti gli strumenti.

Svolgendo i conti:
$ \beta=17,7° $
$ r_0=10,2 m $

Che ve ne pare? Ditemi se vi sembra plausibile. @fur3770:ma il problema l'hai inventato te o l'hai trovato da qualche parte? Hai la soluzione? Cmq complimenti, è un bel problema.

Ciao
Ultima modifica di Bacco il 24 ott 2005, 15:34, modificato 2 volte in totale.
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aursic
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Messaggio da aursic »

La forza peso non è centripeta, bensì sempre verticale, mentre il raggio di curvatura è, in un certo senso, perpendicolare alla traiettoria.
Si sa che il modulo dell'accelerazione tangenziale (tangente alla traiettoria) è dato da $ \vec{a_T}=\frac{d|\vec{v}|}{dt}\^t $, dove |v| è il modulo della velocità e $ \^t $ è il versore tangente alla curva e di verso uguale a quello della velocità. L'accelerazione normale è data da $ \vec{a_N}=\frac{\vec{v}^2}{\rho}\^{n} $ dove $ \rho $ è il raggio di curvatura e $ \^{n} $ è il versore normale alla curva, rivolto verso l'interno (verso il centro di curvatura).

Ora, sappiamo che l'accelerazione totale è sempre costante e verticale, siamo in grado di conoscere la velocità e la sua direzione (nonchè il verso) del corpo ad una data altezza o dopo un determinato tempo, a questo punto possiamo calcolare l'accelerazione normale come differenza (vettoriale) tra l'accelerazione di gravità e l'accelerazione tangenziale. Una volta ricavato il modulo, dividendo per la velocità si trova il raggio di curvatura.

Quello era un procedimento "fisico". In alternativa, nota l'equazione della parabola (o della generica curva y=f(x) ), il raggio di curvatura è dato da $ r=\frac{[1+f'(x)^2]^{3/2}}{f''(x)} $.

A voi i conti! :D

Ciao!
Andrea


P.S.: 100° messaggio! :D
MaMo
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Messaggio da MaMo »

I calcoli per trovare la distanza massima raggiunta non sono molto complicati (Bacco avrà fatto un errore). Si ottiene:
$ x_{max} = \frac{v_0\sqrt{v_0^2 + 2gh}}{g} = 33,534 m $
Il raggio di curvatura all'impatto, usando il risultato di Bacco, a me viene 362,2 m.
Ultima modifica di MaMo il 22 ott 2005, 22:09, modificato 1 volta in totale.
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Iron_Man
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Messaggio da Iron_Man »

fur3770 ha scritto:sicuramente per lanciare una pietra in più lontano possibile non la lancio a 45° ma qualcosa in meno...infatti con l'altezza del lancio intuitivamente si capisce che si tende a lanciarlo più in orizzontale che a 45°...
questo punto non so farlo. qualcuno c'è che mi spiega più dettagliatamente la soluzione?
Allora la formula per la gittata per h=0 si trova:
$ \displaystyle t=\frac{v_y}{g} $
per $ v_y $ intendo la componente verticale della velocità iniziale
$ \displaystyle G=v_x2t=v_x \frac{2v_y}{g}= $
$ \displaystyle =\frac{2(v\cos \theta)(v\sin \theta)}{g}=\frac{2v^2\, \sin \theta \: \cos \theta}{g} $

$ \displaystyle G={v_2}\, \sin \, 2\theta}{g} $

Non so che classe tu faccia comunque ho applicato una formula trigonometrica $ \sin \, 2\theta=2 \: \sin \theta \, \cos \theta $
Invece la gittata da una quota h si trova come prima solo che il tempo di caduta è diverso ed è dato:
$ \displaystyle t_{tot}=t_{salita}+t_{discesa} $
$ \displaystyle t_{salita}=\frac{v_y}{g} $
$ \displaystyle t_{discesa}=\frac{\sqrt{2gh}}{g} $
Però h=s+H dove s è lo spazio percorso in verticale durante la salita quindi
$ \displaystyle t_{discesa}=\frac{\sqrt{{v_y}^2+2gH}}{g} $

$ \displaystyle G=v_x \, \frac{v_y+\sqrt{{v_y}^2+2gH}}{g} $
$ \displaystyle G=\frac{v^2 \: \sin 2\theta+v \: \cos \theta \: \sqrt{{(v \sin \theta)}^2+2gH}}{g} $

Spero si abbastanza dettagliatamente. :roll: Inoltre per gli esercizi di atletica come lancio del peso, del martello e cose così hanno misurato sperimentalmente che l’angolo ottimale per una quota di 1 metro è di 42° :lol: :lol:

Buona giornata Riccardo
Ultima modifica di Iron_Man il 23 ott 2005, 12:06, modificato 1 volta in totale.
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goedelgauss
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Messaggio da goedelgauss »

Iron man attento! Tu ai derivato una f(x) e hai ottenuto un minimo e un massimo, non solo un massimo!
Il risultato negativo è lanciare il sasso verso il basso, il positivo è la gittata massima.Ho poco tempo e ho appena guardato il risultato ,c'è qualche cosa che non mi torna : il minimo dovrebbe essere $ sina= -90 $, cioè G=0
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Bacco
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Messaggio da Bacco »

Non ho ben capito alcuni aspetti dei vostri post.

@Iron_Man: mi sembra di capire che calcoli il tempo di discesa a partire da un'altezza h, ma nel frattempo il corpo è salito di una certa altezza (moto ascendente)! Il tempo di salita mi sembra giusto, comunque il tempo di discesa penso che sia maggiore di come tu calcoli.

@Mamo: Dato che ci torna lo stesso valore, potresti dirmi come hai svolto i calcoli? Hai usato lo stesso mio metodo o un metodo alternativo? E poi: come fai a ottenere quel risultato? Hai usato la mia stessa formula? Se è così, anche intuitivamente 10*10/9,8 fa circa 10, non certo 100...

@aursic: chiedo scusa, credo di essermi spiegato male. Sono d'accordo che la forza peso non è centripeta, ma lo è di certo (secondo me) la sua componente perpendicolare al moto, che è $ mg sen\gamma $, dove gamma è l'angolo formato con la verticale dalla velocità istantanea. All'istante finale del moto gamma=beta.

Ciao
MaMo
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Messaggio da MaMo »

PerBacco :D
1) Ho usato il tuo stesso metodo cioè ho posto la derivata uguale a 0.
2) Ho usato la tua formula ma in essa la velocità non è quella iniziale ma quella finale.
goedelgauss
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Messaggio da goedelgauss »

Dico ancora questo (spero che Iron man non si offenda se rispondo io per lui ):
Se noi osserviamo il moto esso è parabolico e simmetrico rispetto all'asse che passa per l'apice(V) della traiettoria ,dunque è scomponibile in due parti :dalla partenza a V(tratto AV) e da V all'arrivo(VB). In AV sale per un'altezza s in VB scende per un'altezza H+s (dove H è l'altezza delpunto di partenza);dato che il moto è uniformemente accellerato vale s+H=(g/2)t^2, con t il tempo per scendere VB.dunque l'h segnato da Iron man è giusto con h=s+H!
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fur3770

Messaggio da fur3770 »

il livello è di un corso di fisica ad ingegneria (che faccio).
il problema (in effetti sono due) l'ho preso da un questionario che il professore ci ha caldamente consigliato di fare.



non so neanche cos'è il raggio di curvatura e come si calcola. prego qualcuno si illuminarmi spiegando le cose in modo semplice...non sono molto tagliato nè bravo con questa materia e con risposte frammentarie credo che la situazione peggiorerà


non ho ancora capito qual è la soluzione giusta ai miei quesiti. Le ho lette tutte ma non ho la capacità di dire quale sia giusta

ciao
fur3770

Messaggio da fur3770 »

mi sorge un dubbio. esiste gente brava in Fisica in questo forum? del tipo hitleuler in tdn... ma possibilmente spiegazioni for dummies altrimenti ci capisco poco e niente quindi si rivela inutile.
Non homai saputo fare fisica, non l'ho mai fatta in realtà. in 3 al liceo facevamo solo teoria senza esercizi... non ho mai fatto un esercizio di meccanica al liceo :( e mi ritrovo davvero male con questa materia...fortuna che per le altre vado tranquillo, ma fisica.. spero di non portarmela sul groppone.. mi sto impegnando ma quando vedo questi problemi non riesco ad uscirne... :oops:

:lol: :?
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Iron_Man
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Messaggio da Iron_Man »

Bacco ha scritto:@Iron_Man: mi sembra di capire che calcoli il tempo di discesa a partire da un'altezza h, ma nel frattempo il corpo è salito di una certa altezza (moto ascendente)! Il tempo di salita mi sembra giusto, comunque il tempo di discesa penso che sia maggiore di come tu calcoli.
Hai perfettamente ragione mi ero dimenticato un pezzo :oops: :oops:
goedelgauss ha scritto:spero che Iron man non si offenda se rispondo io per lui
Assolutamente no carissimo puoi farlo ogni volta che vuoi. :wink:

Ho corretto il mio post, riporto qui il risultato

$ \displaystyle G=\frac{v^2 \: \sin 2\theta+v \: \cos \theta \sqrt{{(v\sin \theta)}^2+2gH}}{g} $

Lascio ora a qualcuno con più conoscenze di me sull’analisi il compito di risolvere l’equazione per la gittata massima.

P.S. Stavo quasi per dimenticarmi benvenuto sul forum goedel :lol:
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fur3770

Messaggio da fur3770 »

beh ragazzi senza offesa ma :) ... i problemi mi servono per questioni didattiche e vorrei capirci qualcosa. non li ho postati per tastare il vostro grado di preparazione quindi vorrei leggere una risposta completa almeno del primo problema e non solo punti sparpagliati... altrimenti come già detto non capisco molto. lo scopo di questo post era di capire come si fanno questi esercizi... ancora lo devo :shock:


ah dimenticavo.. mi leggete? qualcuno mi dia l'ok perché credo che questi miei post non vengano presi in considerazione!!!!! I problemi mi servono per passare l'esame!!!! piu' chiaro?? :wink:
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