Paniere Biomeccanica - (2026) - Risposte aperte corrette

1. Esporre i concetti base del moto uniformemente accelerato

Ogni volta che la velocità di un corpo varia si dice che esso ha subito un’accelerazione. Si definisce

accelerazione media il rapporto tra la variazione di velocità del punto nell’intervallo di tempo delta

T. Il grafico posizione tempo di un punto che si muove con velocità che varia ha una pendenza che

varia. Il moto rettilineo uniformemente accelerato è il movimento di un punto materiale lungo una

traiettoria rettilinea che avviene con accelerazione costante. legge oraria è una formula che ci

permette di sapere in ogni istante la posizione del corpo rispetto all’origine del sistema di

riferimento. In questo caso risulta: S= S0 + v0*t + 1/2at^2, in cui S è la posizione del punto all’istante

t, S0 è la posizione del punto all’istante t0, V0 è la velocità del punto all’istante t0, a è l’accelerazione

subita dal punto materiale e t è l’istante di tempo.

2. Discutere il moto rettilineo uniforme

Il moto rettilineo uniforme è quel moto in cui vengono percorsi spazi uguali in tempi uguali e in cui,

quindi, la velocità rimane costante. Ciò significa che le distanze percorse sono direttamente

proporzionali agli intervalli di tempo impiegati a percorrerle. La legge oraria è una formula che ci

permette di sapere in ogni istante la posizione del corpo rispetto all’origine del sistema di

riferimento. Nel moto rettilineo uniforme tale legge oraria è S= Scon zero + v*t. Ad esempio questa

formula ci permette di conoscere istante per istante dove si trova l’atleta rispetto ai blocchi di

partenza. Il grafico posizione tempo di un punto che si muove con velocità costante ha pendenza

costante.

3. Discutere il moto di un proiettile lanciato orizzontalmente

Il moto di un proiettile lanciato orizzontalmente è una composizione di moti due dimensioni, infatti,

per proiettile intendiamo un qualsiasi corpo che viene lanciato con una velocità che abbia una

componente orizzontale in presenza di accelerazione gravitazionale costante g. Il corpo viene

considerato puntiforme e viene trascurato l’attrito dell’aria. Prendendo in considerazione gli assi

cartesiani, possiamo studiare il moto lungo la direzione x (moto rettilineo uniforme) e lungo l’asse y

(moto uniformemente accelerato). Dunque lungo l’asse x vale la legge oraria S= Scon zero + v*t,

mentre lungo l’asse y vale la legge oraria del moto rettilineo uniformemente accelerato S= S0 + v0*t

+ 1/2at^2. Con le varie formule inverse possiamo ricavare il tempo e la gittata, quest’ultima è la

massima distanza orizzontale percorsa e ci dice che a parità di altezza essa è direttamente

proporzionale alla velocità iniziale (velocità di lancio).

4. Cosa è la gittata in un proiettile? Come si calcola?

Il moto di un proiettile lanciato orizzontalmente è una composizione di moti due due dimensioni,

infatti, per proiettile intendiamo un qualsiasi corpo che viene lanciato con una velocità che abbia una

componente orizzontale in presenza di accelerazione gravitazionale costante g. Il corpo viene

considerato puntiforme e viene trascurato l’attrito dell’aria. Prendendo in considerazione gli assi

cartesiani, possiamo studiare il moto lungo la direzione x (moto rettilineo uniforme) e lungo l’asse y

(moto uniformemente accelerato). La gittata è la massima distanza orizzontale percorsa dal punto

materiale e ci dice che a parità di altezza essa è direttamente proporzionale alla velocità iniziale

(velocità di lancio). Essa si calcola X= V0* radice quadrata di 2h/g.

5. Esporre i concetti base della caduta dei gravi

Tutti i corpi indipendentemente dal loro peso, in assenza di aria sono soggetti sulle superficie

terrestre alla medesima accelerazione costante g=9,8 m/s^2, quindi il moto a cui essi sono soggetti è

un moto rettilineo uniformemente accelerato. Le formule che regolano questo moto sono le stesse

del moto rettilineo uniformemente accelerato e quindi: S= 1/2at^2, in cui a=g e dunque v= g*t.

6. Esporre i parametri fondamentali del moto circolare uniforme definendo le grandezze

periodo frequenza e pulsazione.

Si definisce moto circolare uniforme il movimento di un punto materiale, lungo una circonferenza,

che percorre archi uguali in tempi uguali, ad esempio il moto di una macchina che affronta una curva

o il moto dei pianeti intorno al sole. Esso è un moto unidimensionale e il punto torna

periodicamente dove si era già trovato. Dunque è un moto periodico che si ripete tale e quale ad

intervalli di tempo precisi. Il periodo è il tempo impiegato da un punto a compiere un giro completo

e la sua unità di misura è il secondo. La frequenza è il numero di giri completi descritti in un secondo,

si ottiene calcolando il reciproco del periodo e si misura in Herz. Se consideriamo Un punto P che si

muove lungo una circonferenza di moto uniforme e compie un giro completo e quindi percorre tutta

la lunghezza della circonferenza (di raggio r) allora ds=2pigrecor e il tempo impiegato equivale al

periodo T perciò v= 2pigrecor/T. La velocità è sempre tangente alla circonferenza, mantiene lo stesso

modulo ma cambia in continuazione direzione e se la velocità cambia entra in ballo l’accelerazione.

Si definisce velocità angolare la quantità w=a/dt e l’unità di misura è rad/s.

7. Che cos'`e la velocità angolare in un moto circolare?

Si definisce moto circolare uniforme il movimento di un punto materiale lungo una circonferenza che

percorre archi uguali in tempi uguali, ad esempio il moto di una macchina che affronta una curva o il

moto dei pianeti intorno al sole. Esso è un moto unidimensionale e il punto torna periodicamente

dove si era già trovato. Dunque è un moto periodico che si ripete tale e quale ad intervalli di tempo

precisi. Si definisce velocità angolare la quantità w=a/dt, in cui a è l’angolo percorso in radianti e dt è

l’intervallo di tempo, l’unità di misura è rad/s. Oppure w=2pigreco/T

8. Cosa è l'accelerazione centripeta?

In un moto circolare uniforme l’intensità del vettore velocità rimane costante nel tempo e il vettore

velocità è tangente punto per punto alla circonferenza, pertanto la velocità cambia ad ogni istante

direzione. Questo ci permette di capire che è presente un’accelerazione, che prende il nome di

accelerazione centripeta. Essa è un vettore che ha la stessa direzione della differenza tra due vettori

velocità valutati a sue istanti di tempo diversi. Il vettore accelerazione centripeta dunque risulta

diretto verso il centro della circonferenza, la sua intensità è pari a ac= v^2/r. La velocità tangenziale è

legata alla velocità angolare dalla relazione v=w*r, pertanto l’accelerazione centripeta può essere

scritta come ac= w^2*r.

9. Perché occorre definire quelle forze che prendono il nome di reazioni vincolari?

Se un corpo, pur subendo l’azione di una forza o di una risultante non nulla di più forze, rimane

fermo, allora esso provoca una reazione del suo piano di appoggio, detta forza di reazione vincolare

o normale. In questo caso, infatti, l’ambiente circostante detto vincolo, esercita una forza uguale e

contraria a quella esercitata sul corpo in modo tale che esse rimanga in quiete. La reazione vincolare

non è determinabile a priori mediante una formula, ma bisogna analizzare la situazione da un punto

di vista dinamico, scomponendo tutte le forze in gioco.

10. L'attrito dinamico e le sue proprietà essenziali

L’esperienza ci dice che quando un oggetto si muove a contatto con una superficie sarà

inevitabilmente frenato e che per mantenere in movimento un corpo è necessario esercitare

costantemente una forza. La realtà è che il corpo mai perfettamente liscio, a contatto con una

superficie mai perfettamente liscia porta ad una complessa serie di resistenze al moto

microscopiche. Ad esempio quando un uomo spinge una cassa poggiata su una superficie,

inizialmente la cassa rimarrà ferma, mentre successivamente si sposta ed entra in gioco una forza

frenante che prende il nome di forza attrito dinamico. Come l’attrito statico, anche quello dinamico

è proporzionale alla normale e ha un coefficiente di attrito ovviamente minore di quello statico.

11. Esponete le tipologie di attrito che conoscete spiegandone i concetti fondamentali

La forza d’attrito è una forza di contatto passiva, ovvero generata dal semplice contatto tra due

superfici e tale da opporsi al movimento di un corpo. Le forze di attrito sono molte, e principalmente

se ne distinguono tre tipi: Radente: quando due corpi strisciano l’uno sull’altro. Volvente: quando un

corpo rotola sulla superficie di un altro. Viscoso: quando un corpo si muove in un fluido. L’attrito

radente si suddivide a sua volta in due forme: attrito statico e attrito dinamico. L’attrito statico è una

forza che impedisce che corpi posti su di una superficie scabra e inizialmente in quiete, inizino a

muoversi se la forza agente su di essi, in direzione parallela alla superficie, non supera una certa

soglia. Superata questa soglia, l’attrito statico smette di opporsi (cessa del tutto). L’attrito dinamico

si manifesta quando un corpo scivola su una superficie (cioè è già in movimento), ed è una resistenza

che si oppone a questo movimento. Infine, esistono molte situazioni in cui entra in gioco l’attrito

viscoso, ad esempio nel moto di un’automobile che è immersa in un fluido aeriforme. L’attrito

viscoso è una forma di attrito che contribuisce alla dissipazione dell'energia meccanica e al

riscaldamento di un corpo che si muove all’interno di un fluido. Esso dipende dalla velocità con cui il

corpo si muove nel fluido, dal fluido e dalla forma e le dimensioni del corpo.

12. Che differenza c'è tra attrito dinamico e attrito viscoso?

L’attrito dinamico si manifesta quando un corpo scivola su una superficie (cioè è già in movimento),

ed è una resistenza che si oppone a questo movimento. Infine, esistono molte situazioni in cui entra

in gioco l’attrito viscoso, ad esempio nel moto di un’automobile che è immersa in un fluido

aeriforme. L’attrito viscoso è una forma di attrito che contribuisce alla dissipazione dell'energia

meccanica e al riscaldamento di un corpo che si muove all’interno di un fluido. Esso dipende dalla

velocità con cui il corpo si muove nel fluido, dal fluido e dalla forma e le dimensioni del corpo.

13. Quale comportamento è tipico di un oggetto in caduta libera in un mezzo viscoso?

Un corpo che si muove in un fluido subisce una resistenza aerodinamica. Un corpo che cade in acqua

o in aria, tende ad aumentare la sua velocità a causa della gravità e più aumenta la velocità di caduta

più la resistenza viscosa lo frena. Ci sarà un momento in cui la forza resistente uguaglia la forza peso

dell’oggetto e da quel momento in poi la forza risultante sarà zero. Se peso e resistenza si uguagliano

il corpo non sarà più soggetto a forze quindi continuerà a cadere con velocità costante, in un moto

uniforme.

14. Perché una goccia di pioggia che cade da migliaia di metri di altezza non acquisisce

abbastanza energia da ucciderci?

Mediamente le gocce di pioggia cadono da circa un migliaio di metri di altezza e siccome nella

caduta, per effetto della gravità, dovrebbero aumentare la propria velocità di 9.8 metri al secondo

(accelerazione di gravità), questo significherebbe che dopo 1000 metri di caduta dovrebbero

giungere al suolo con una velocità di 141 metri al secondo ( 500 km all'ora! ), ma tutto questo non

accade. Per effetto dell’attrito con l’aria, dopo un breve tragitto in accelerazione, le gocce tendono

ad assumere una velocità limite costante, perché si fanno equilibrio la forza peso, diretta verso il

basso e la forza di attrito che si oppone al moto e quindi diretta verso l'alto.

15. Dare la definizione di lavoro di una forza

Si definisce lavoro compiuto da una forza costante il semplice prodotto della forza per lo

spostamento. In fisica, la parola “Lavoro” indica una variazione di energia a seguito del cambiamento

del punto di applicazione di una forza per lo spostamento dello stesso. Per esempio, se volessimo

sollevare un oggetto, dovremmo compiere un lavoro: l’oggetto si sposta (verso l’alto) e la forza che

imprimiamo su di esso, dunque, cambia punto di applicazione. Un altro esempio è l’attrito: è una

forza che si oppone si oppone al moto di un oggetto: opponendosi, se l’oggetto si muove, pur

rallentando, l’attrito compie lavoro. In generale in assenza di spostamento o quando la risultante

delle forze è nulla, non vi è lavoro. In fisica, il lavoro viene indicato dalla lettera ‘L’ e quindi= F*d. Il

lavoro è uno scalare e si misura in joule, ovvero N*m. Nel caso in cui la forza non sia parallela allo

spostamento è necessario calcolare la componente della forza nella direzione dello spostamento,

normalmente data dalla forza moltiplicata per il coseno dell’angolo compreso tra i vettori.

16. Introdurre l'elemento fondamentale che provoca il dispendio energetico in un nuotatore.

L’elemento fondamentale che provoca il dispendio energetico in un nuotatore è l’attrito viscoso,

cioè la resistenza allo spostamento di un mezzo fluido com’è l’acqua. Infatti, un corpo che si muove

in un fluido subisce l’azione di una forza di resistenza aerodinamica opposta alla velocità del corpo e

con modulo pari a =1/22, dove C rappresenta il coefficiente aerodinamico, A l’area di

superficie trasversale, p la densità del fluido e v la velocità con cui si muove il corpo. Da qui si capisce

che il dispendio energetico di un nuotatore è dato dalla resistenza dell’acqua che cresce con il

quadrato della velocità, pertanto se la velocità raddoppia la resistenza quadruplicherà. Questo è il

motivo per cui una nave o un nuotatore consumano molto più carburante se aumentano anche di

poco la velocità.

17. Perché negli urti viene coinvolta la definizione di sistema isolato?

Un sistema isolato è un sistema di punti materiali in cui la risultante delle forze esterne è nulla. Negli

urti si può considerare il sistema isolato in quanro l’interazione tra i corpi coinvolti avviene in un

intervallo di tempo abbastanza ridotto da poter ritenere trascurabile l’azione di eventuali forze

esterne rispetto all’azione delle forze interne.

18. Perché un pattinatore che ruota su se stesso aumenta la velocità quando raccoglie le

braccia al corpo?

Quando un pattinatore avvicina le braccia al corpo ed esegue una rotazione anche mentre salta, la

sua velocità di rotazione aumenta. L’equazione fisica che descrive questo fenomeno equivale a:

I1w1=I2w2 dove I è il momento di inerzia attorno all’asse di rotazione e w è la velocità di rotazione. I

pedici 1 e 2 indicano ‘iniziale’ e ‘finale’. Questa equazione è l’espressione matematica per la

conservazione del momento angolare per un corpo in assenza di momenti di forze esterne. Nel caso

del pattinatore, non vi è alcuna forza esterna che influenzi la rotazione, dunque, per piroettare più

velocemente è sufficiente avvicinare le braccia e le gambe al corpo.

19. Discutere il moto di rotolamento

il moto di puro rotolamento è quello in cui un corpo rigido rotola senza strisciare. La rotazione

avviene attorno al punto di contatto istantaneo che ha velocità nulla. Quando una ruota si muove

senza slittamenti siamo in presenza di un rotolamento. In un intervallo di tempo dt il centro della

ruota, o, si muove in avanti con velocità Vcm, mentre il punto p descrive una curva nota come

cicloide. Tale curva è la combinazione del moto lineare del mozzo della ruota rispetto al suolo, più il

moto circolare che un punto periferico fa attorno al mozzo. Vcm = ω R moto del rotolamento

20. Definire il momento angolare

Il momento angolare, anche detto momento della quantità di moto, è una quantità vettoriale che in

fisica viene generalmente indicata con la lettera L, e rende conto della rotazione nello spazio di un

corpo massivo. Supponiamo di avere un punto materiale P dotato di quantità di moto p , o

equivalentemente di massa m e di velocità v (di modo che, concordemente alla sua definizione, p

=mv), che ruoti attorno ad un punto dello spazio O, detto polo della rotazione. Chiamiamo r il raggio-

vettore che unisce il polo O con il punto P. Si definisce allora il momento angolare del punto P

attorno al polo O il vettore L dato dal prodotto vettore tra r e p, L=r*p

21. Discutere il moto del pendolo. Da quali grandezze dipende il suo periodo di oscillazione?

Il pendolo semplice è costituito da una massa appesa ad un filo di lunghezza L ed è un buon esempio

di moto armonico, quindi, in termini formali possiamo affermare che il pendolo semplice è un

oscillatore armonico per oscillazioni di piccola ampiezza. Un pendolo semplice è un piccolo pesetto

vincolato ad un sostegno per mezzo di un filo flessibile, inestensibile e di massa trascurabile. La

posizione d’equilibrio del pendolo è quella nella quale il centro di sospensione, il filo teso, e il centro

del pesetto sono allineati lungo la verticale. Se si allontana il pesetto dalla posizione di equilibrio

lasciandolo libero, esso inizia ad oscillare attorno a questa posizione. Il periodo del pendolo è il

tempo che esso impiega a compiere una oscillazione completa, cioè a tornare nella posizione da cui

è partito e nelle stesse condizioni di movimento. Se l’angolo di apertura dell’oscillazione &