Energia meccanica

L’energia meccanica

Alcune riflessioni personali

Devo confessare che questa parte del programma didattico è quella che, da sempre, mi appassiona di più.  I principi di conservazione, il teorema dell’energia cinetica, la trasformazione dell’energia nelle sua varie forme ha sempre colpito, e colpisce tutt’ora, la mia mente. La possibilità di fare previsioni, congetture, calcoli sullo stato energetico di un corpo mi affascina.

Per di più, esercizi che risolti dal punto di vista cinematico sembrano “difficili”, con l’approccio energetico a volte possono apparire “più semplici” se non “banali”.

In realtà ritengo che nessun esercizio o problema sia “facile”, “banale” o “difficile”. Semplicemente esistono situazioni in cui la via risolutiva risulta immediata, lineare, mentre in altre si dimostra articolata o molto articolata.

Ogni esercizio può insegnarci qualcosa ed è forse anche per questo che a me piace insegnare questa materia ….

Torniamo all’energia meccanica

Qui si seguito riporto un po’ di materiale (diviso in A e B) che può essere utile sui seguenti argomenti:

Lavoro, l’energia cinetica , l’energia potenziale gravitazionale e quella elastica. Inoltre introduco il principio di conservazione dell’energia meccanica,  il lavoro delle forze conservative e non conservative e successivamente il principio di conservazione dell’energia totale (o teorema Lavoro-energia)

Materiale A

Lavoro-Energia meccanica- Principi di conservazione

Qui di seguito ti propongo un esercizio svolto con applicazione del principio di conservazione dell’energia meccanica e del teorema Lavoro-energia. Per accedere fai click sulla foto. 

Il link che segue rimanda ad un articolo con alcuni esercizi sull’energia meccanica da me svolti e commentati.

Esercizi svolti sull’energia meccanica

Materiale B

Link alla presentazione in formato pdf.                                  Presentazione Energia Meccanica

Link alla prima parte della guida audio/video.                      Audio/Video Energia meccanica_parte_1

Link alla seconda parte della guida audio/video.                 Audio/Video Energia meccanica_parte_2

Altro Materiale

Qui sotto rimando ad un articolo in cui risolvo l’esercizio della pulce e di Superman.

Esercizio “La pulce e Superman”

Spero che questo materiale sia utile !

Buon studio !

Nico Dinelli

Esercizi risolti di Dinamica

[Ultima revisione del 26 marzo 2020]

Esercizi risolti di Dinamica

In questo articolo cercherò di aiutare gli studenti a risolvere alcuni esercizi di Dinamica guidandoli nella soluzione passo dopo passo dalla raccolta dei dati e delle incognite fino alla presentazione del risultato finale.

Si inizia con esercizi semplici, in assenza di attrito, per arrivare a casi più articolati con attrito e sistemi a due o più corpi.

Per ognuno indico dati e incognite e rappresento il diagramma di corpo libero ossia rappresento il sistema delle forze che, di volta in volta, agiscono. I passaggi sono commentati così da cercare di guidare in modo più chiaro possibile verso la soluzione.

Nello svolgimento ipotizzerò che g = 9,80 m/s^2.

Qui sotto riporto il link ai documenti in formato pdf che contengono i testi e le soluzioni complete degli esercizi sia della parte 1 che della parte 2.

Testo e soluzioni es. dinamica parte 1

Testo e soluzioni es. dinamica parte 2

Testo degli esercizi risolti nella parte 1

Es. 1 Piano orizzontale liscio

Un oggetto di massa 10,0 kg che si trova su un piano orizzontale liscio viene sottoposto ad una

forza di 40,0 N parallela al piano.

Calcola la distanza che il corpo percorre in 5,00 secondi supponendo che parta da fermo.

Es. 2 Piano orizzontale ruvido

Un oggetto di massa 10,0 kg che si trova su un piano orizzontale che presenta un coefficiente di attrito dinamico kd = 0,300 viene sottoposto ad una forza di 40,0 N parallela al piano.

Calcola la distanza che il corpo percorre in 5,00 secondi supponendo che parta da fermo.

Es. 3 Piano piano inclinato liscio

Un oggetto di massa 10,0 kg è posto su un piano liscio inclinato di 30,0° rispetto all’orizzontale.

Calcola il valore della sua velocità finale se parte da fermo e scende per 4,00 secondi lungo il piano inclinato.

Es. 4 Piano piano inclinato ruvido

Un oggetto di massa 10,0 kg è posto su un piano liscio inclinato di 30,0° rispetto all’orizzontale che presenta un coefficiente di attrito dinamico kd = 0,300.

Calcola il valore della sua velocità finale se parte da fermo e scende per 4,00 secondi lungo il piano inclinato.

Es. 5 Corpo collegato ad una fune

Un blocco di massa m = 35,0 kg è appeso all’estremità di una fune.

Calcola il valore dell’accelerazione del blocco se la tensione della fune vale

(1)T1 = 280 N (2) T2 = 343 N (3) T3 = 390 N

Qui sotto riporto il link al documento in formato pdf che contiene i testi e le soluzioni complete degli esercizi della parte 1.

Soluzioni es. dinamica parte 1

Testo degli esercizi risolti nella parte 2

Es. 6 Corpo trascinato con una fune da corpo che cade

Si ipotizza la situazione fisica in cui il corpo A di massa mA= 2,50 kg sta trascinando

il corpo di massa mB = 12,0 kg attraverso una fune ideale. Supponendo che la superficie

sia perfettamente liscia, che la carrucola abbia massa trascurabile e c

he i corpi partano da fermi, calcola la velocità raggiunta dopo un tempo di 5,00 secondi.

Es. 7 Corpo trascinato con una fune da corpo

che cade  in presenza di attrito

Si ipotizza la situazione fisica in cui il corpo A di massa mA= 2,50 kg sta trascinando

il corpo di massa mB = 12,0 kg attraverso una fune ideale. Supponendo che la superficie

sia perfettamente liscia, che la carrucola abbia massa trascurabile e che i corpi partano

da fermi, calcola la velocità raggiunta dopo un tempo di 5,00 secondi.

Qui sotto riporto il link al documento in formato pdf che contiene i testi e le soluzioni complete degli esercizi della parte 2.

Soluzioni es. dinamica parte 2

Spero che il materiale sia stato utile !

Nico Dinelli

Esercizio guidato sulla legge di Hooke con errori di misura

Esercizio guidato sulla legge di Hooke con errori di misura

In questo articolo cerco di guidare i miei studenti a risolvere un esercizio sul calcolo della costante elastica di una molla tenendo conto degli errori di misura.

Ripasseremo la formula per calcolare la costante elastica di una molla e alcune semplici regole della propagazione degli errori nelle misure indirette.

Spero sia utile !

Nico Dinelli

 

Esercizio guidato sulla legge di Hooke con errori di misura

Contatto con Paolo Nespoli astronauta sulla ISS

La Stazione Spaziale Internazionale (ISS)

ISS stazione spaziale internazionale

ISS insignia.svg

 

Forse non tutti sanno che a 400 km circa sopra a nostra testa orbita, da circa 20 anni, una stazione spaziale. Intorno al 1998 una sonda russa fu inviata nello spazio con l’idea di farne un centro di ricerca scientifica avanzato. Da allora, passo dopo passo, la stazione spaziale è cresciuta grazie al contribuo delle agenzie spaziali americana (NASA, https://www.nasa.gov/ ), europea (ESA, https://www.esa.int/)  e russa (RKA, www.roscosmos.ru/).

A bordo della stazione spaziale si alternano ogni 6 mesi circa astronauti provenienti da oltre dieci paesi diversi. Lo scopo della loro permanenza sulla ISS è quello di studiare il comportamento del corpo umano in situazioni di micro gravità e di condurre esperimenti scientifici in condizioni difficilmente riproducibili sulla Terra, come ad esempio prove di lunga durata in assenza di peso.

Paolo Nespoli

Paolo A. Nespoli 2016.jpg

Uno degli astronauti che, per ben tre volte, è stato a bordo della ISS è Paolo Nespoli, astronauta e ingegnere italiano. Nespoli ha compiuto tre missioni: 2007, 2010-2011 e 2017.

Nel corso della sua terza missione a bordo della stazione spaziale, un gruppo di miei studenti ha avuto la possibilità di avere un contatto radio audio/video con l’astronauta. Tutto è stato possibile grazie all’interessamento di alcuni colleghi, alla attiva partecipazione del Comune di Borgo a Mozzano che ha messo a disposizione i locali del Salone delle Feste e al fondamentale supporto dell’ Associazione Radioamatori Versilia.

Il nostro contatto radio è avvenuto nell’ambito della partecipazione al progetto ARISS (Amateur Radio on the International Space Station) http://www.ariss.org/ .

Ma andiamo per ordine.

Il lancio, vita sulla ISS, rientro a terra

Al fine di far meglio comprendere ai miei studenti quale fosse l’atmosfera dal momento del lancio a quello del rientro, ho realizzato un video montaggio.

Nella prima parte del video mostro le fasi che precedono e seguono il lancio della navicella Sojuz, il veicolo spaziale russo con a bordo gli astronauti. Nella seconda parte mostro ciò che avviene dentro e fuori la stazione spaziale. Al suo interno gli astronauti eseguono esperimenti, vivono insieme, si tengono in allenamento. All’esterno svolgono verifiche e riparazioni alla struttura della stazione spaziale ed eseguono esperimenti.

Video Dinelli presentazione ISS

Dopo la fine del progetto Space Shuttle, dal 2011 la Sojuz è l’unico veicolo spaziale in grado di trasportare gli astronauti.

Il video montaggio si conclude con un oggetto appeso ad un paracadute. E’ questo il modo in cui gli astronauti ritornano sulla Terra. La navicella Soyuz dopo essersi staccata dalla stazione spaziale viene lasciata cadere (in modo guidato) sulla Terra. La caduta è frenata da un paracadute.

 

Il logo dell’ Istituto Tecnico Tecnologico “Enzo Ferrari” di Borgo a Mozzano

Questo è il logo che dell’ITT “E. Ferrari” di Borgo a Mozzano.

Il logo dell’evento realizzato dagli studenti

Questo è il logo che Francesco Togneri e Arianna Tonarellli hanno realizzato per rappresentare l’evento.

La locandina di presentazione dell’evento

 

 

La locandina dell’evento realizzata dai ragazzi con il logo da loro realizzato insieme ai loghi delle associazioni coinvolte nel progetto.

 

Le conferenze di preparazione

In preparazione al contatto radio con Paolo Nespoli, i ragazzi hanno partecipato ad una serie di incontri formativi.

Ecco i titoli delle conferenze:

  • “Cenni di astronomia sferica” Conferenza condotta dal prof. Fabrizio Ciabattari  docente e direttore scientifico dell’Osservatorio astronomico di Monte Agliale (LU) 

  • “Portiamo lo spazio alla gente” Condotta dal prof. Alessandro Tesconi tecnico radioamatore appartenente al gruppo 

  • “Le comunicazioni via radio”  del prof. Ghilardi Andrea tecnico radioamatore  

  • “Occhi e antenne al cielo” da Tycho Brae alla ISS” del prof. Dott. Giannetti Filippo Università di Pisa  

  • “L’Italia va su Marte – Le missioni Exomars” . Conferenza condotta dal dott. geologo Pacifici Andrea Università di Pisa  

 

Finalmente il contatto radio con Paolo Nespoli

Grazie al lavoro dei radioamatori della sezione di Lucca e Versilia del gruppo ARISS (https://www.ariss.org/), con l’appoggio della tecnologia “Telebridge”, grazie al Comune di Borgo a Mozzano che ha messo a disposizione per l’occasione il Salone delle Feste, è stato possibile realizzare il contatto radio con Paolo Nespoli a Bordo della stazione ISS.

L’astronauta, sempre molto cordiale con gli studenti, si è prestato a ben tre contatti, come testimoniato in questo video in due parti che ho realizzato per l’evento.

 

Video contatto con Paolo Nespoli parte 1

Video contatto con Paolo Nespoli parte 2

 

Nico Dinelli

 

 

 

 

 

Esercizi sui vettori

Le grandezze fisiche vettoriali ed esercizi

Le grandezze fisiche vettoriali sono quelle grandezze come forza, accelerazione, velocità e spostamento.

Esse sono indicate da “vettori” ossia da segmenti orientati (frecce). Per descrivere completamente una grandezza vettoriale, occorre infatti specificare:

  • Il modulo (anche indicato come valore o intensità) accompagnato dall’unità di misura;
  • La direzione (la retta su cui giace il vettore o retta “d’azione“);
  • Il verso (dato dalla punta della freccia).

Durante le mie ore di didattica ho notato che molti ragazzi fanno fatica a comprendere le operazioni che è possibile effettuare sulle grandezze vettoriali. Con il materiale che segue provo ad aiutarli.

 

Esercizi sui vettori risolti per passi

In questo articolo ti guiderò per passi lungo la soluzione di alcuni esercizi che riguardano le operazioni che si possono eseguire sui vettori.

 

Di seguito allego il file in formato pdf e audio/video della guida (suddivisa in tre parti).

Visualizza il documento in formato pdf                          Esercizi sui vettori

 

Nel video mostro come calcolare il modulo di un vettore.

Scarica e visualizza la prima parte della guida audio/video dell’esercizio

         Video es. sui vettori_parte_1

 

Nella seconda parte guido lo studente nel calcolo del modulo di un vettore per via grafica (attraverso l’applicazione di una proporzione).

Scarica e visualizza la seconda parte della guida audio/video dell’esercizio

         Video es. sui vettori parte_2

 

Nella terza parte dopo aver calcolato il modulo di un vettore per via analitica (cioè utilizzando il teorema di Pitagora), mostro come ottenere un vettore assegnato attraverso una equazione vettoriale ottenendolo sia con il metodo punta-coda che con il metodo del parallelogramma.

Scarica e visualizza la terza parte della guida audio/video dell’esercizio

         Video es. sui vettori parte_3

 

Spero sia utile!

Nico Dinelli