Per le strade di ogni città è possibile notare dei segnali stradali che indicano la velocità massima che si può raggiungere. Questa informazione viene usata dal navigatore satellitare per darci indicazioni precise sul tempo che impiegheremo a raggiungere la nostra destinazione in auto. I calcoli che fa il navigatore sono molto semplici perché si basano su tre variabili fondamentali.

La cinematica è quella parte della fisica meccanica che viene usata per calcolare la velocità del moto dei corpi. La dinamica spiega anche perché i corpi si muovono. Cinematica e dinamica sono presenti in tutti i programmi scolastici di fisica, per questo e per le implicazioni che hanno nella nostra vita quotidiana, è bene conoscerle.

Scopri le basi della cinematica e della dinamica che ti aiuteranno a studiare fisica a scuola!

Di cosa si occupa la cinematica?

Con la cinematica studi il moto dei corpi.
Tramite la cinematica puoi scoprire qual è la velocità media di qualunque automobile!

Definizione di cinematica

La cinematica è una parte della meccanica che studia il moto dei corpi e ne indica l'accelerazione, la velocità e lo spostamento a ogni istante. La massa e la forza applicata all'oggetto non vengono presi in considerazione dalla cinematica.

Tramite la cinematica puoi calcolare la velocità di un'auto in una pista da corsa, la velocità media di un atleta che percorre una traiettoria e il tempo impiegato da un aereo per arrivare alla destinazione finale.

Possiamo dividere la cinematica in due parti: la cinematica scalare e la cinematica vettoriale. Qual è la differenza tra le due? Questo è uno degli argomenti di fisica trattati alle superiori, insieme alla statica e idrostatica, come prevede il Ministero dell'istruzione.

Per questo ogni studente dovrebbe conoscere le basi della cinematica.

La cinematica scalare

La cinematica scalare studia i movimenti nei quali non è necessario stimare la direzione e il verso. I calcoli non sono molto complessi propri perché le variabili da tenere in considerazione non sono molte.

Questi sono alcuni dei concetti di cinematica scalare che studi a scuola:

  • spostamento
  • spazio
  • accelerazione media scalare
  • velocità scalare istantanea
  • moto ritardato
  • moto accelerato
  • moto uniforme
  • grafici che rappresentano i moti
  • velocità media scalare
  • accelerazione scalare costante
  • accelerazione scalare istantanea

Cinematica vettoriale

La cinematica vettoriale, a differenza di quella scalare, prende in considerazione il verso e la direzione del moto e quindi i vettori che indicano l'orientamento dei moti.

I calcoli della cinematica vettoriale sono considerati più complessi dato che bisogna includere lo spostamento vettoriale per risolvere i problemi.

Come nasce la meccanica?

Cinematica e dinamica

La cinematica aiuta a calcolare la velocità e l'accelerazione.
Con un semplice calcolo di cinematica puoi conoscere la velocità media di un ciclista!

Sia la cinematica sia la dinamica studiano i moti dei corpi. La principale differenza tra queste due aree della meccanica è che la dinamica prende in considerazione la forza esercitata sugli oggetti e la massa.

Negli esercizi di cinematica dovrai calcolare fattori come lo spostamento, l'accelerazione e la velocità. Nella dinamica ci sono calcoli su forza, massa e accelerazione.

Con la cinematica puoi calcolare la velocità media di un'auto o il tempo che un ciclista impiega per completare un percorso. Con la dinamica, per esempio, puoi calcolare il moto dei proiettili, ossia la parabola che fa un atleta di salto in lungo o la velocità limite di caduta di un oggetto.

Cosa studia la meccanica?

Come risolvere problemi di fisica sulla cinematica: lo spazio

Lo spazio è una delle variabili fondamentali della cinematica.
Lo spazio è il percorso che questa automobile percorre dal punto di partenza al punto di arrivo!

Considerando il moto di un corpo, come un'automobile, indichiamo il punto di partenza come punto "A" e il punto di arrivo come punto "B". La traiettoria dell'auto dal punto A al punto B è lo spazio che chiameremo "S".

Il punto A, essendo il punto di origine, ha uno spazio che equivale a zero. Il verso della traiettoria può essere positivo o negativo, a seconda dell'orientamento dell'auto.

Cinematica e spostamento

Immaginiamo che il veicolo parta dal punto S e dopo un po' di tempo arrivi al punto S1. La variazione dello spazio nell'intervallo di tempo è data dall'equazione S=S1-S.

Da questa equazione si può affermare che lo spostamento sarà maggiore di zero visto che la posizione finale dell'automobile è maggiore rispetto a quella iniziale. Se l'auto si sposta nel verso opposto, lo spostamento scalare sarà minore di zero.

Lo spostamento, quindi, è il cambiamento di posizione di un punto nello spazio.

Quali sono i principi della dinamica?

Il moto rettilineo uniforme

Il moto rettilineo uniforme (MRU) si verifica quando un corpo si sposta a una velocità costante diversa da zero. In questo movimento non c'è accelerazione e l'equazione che rappresenta il moto è: S=S1+vt dove "S" è lo spostamento, "v" è la velocità e "t" è il tempo.

Il moto rettilineo uniformemente accelerato

Il moto uniformemente accelerato, anche conosciuto come MRUA, si verifica quando il moto di un corpo subisce un'accelerazione costante e diversa da zero. La principale differenza tra il MRU e il MRUA è proprio l'accelerazione che subisce il corpo a patto che siano variazioni a intervalli di tempo regolari.

Per risolvere i problemi del moto rettilineo uniformemente accelerato basta seguire la formula della velocità oraria V=V1+at, dove"v" è la velocità, "a" è l'accelerazione e "t" è il tempo.

Per calcolare lo spostamento, si usa la formula: S=S1+V1t+(at²)/2 dove "s" è lo spostamento, "v" è la velocità, "t" è il tempo e "a" l'accelerazione.

Questa equazione è molto simile a quella dello spostamento nel MRU con la differenza che si prende in considerazione l'accelerazione.

Le leggi di Newton

Quando si parla di moto dei corpi, l'immagine che viene alla mente è quella del giovane Isaac Newton che osserva la caduta della mela da un albero e ipotizza l'esistenza di una forza, la forza di gravità, che l'attrae verso il centro della terra.

A partire dal concetto di gravitazione universale, Newton ha elaborato tre leggi che ancora oggi sono considerate fondamentali per comprendere la fisica meccanica. Vediamo quali sono.

La prima legge di Newton, il principio di inerzia

La prima legge di Newton è molto facile da capire, visto che possiamo osservarla nella nostra vita quotidiana. Per esempio, possiamo notare che quando facciamo una curva con l'auto, il nostro corpo tende a mantenere la stessa velocità che aveva prima di iniziare la curva. Per questo abbiamo la sensazione che il nostro corpo vada nella direzione opposta rispetto a quello della curva.

Allo stesso modo, quando l'auto frena bruscamente, il corpo continua ad andare avanti, visto che la tendenza è quella di continuare il movimento che aveva intrapreso.

La spiegazione fisica è che un corpo che è in stato di quiete tende a rimanere in stato di quiete e un corpo in moto tende a mantenere il moto uniforme. Il corpo tende all'inerzia e il suo stato di quiete o moto viene modificato solo se su di esso si esercita una forza diversa da zero.

La seconda legge di Newton: il principio fondamentale della dinamica

Quando si applica la stessa forza a corpi con masse diverse è possibile percepire che questi producono accelerazioni diverse.

La seconda legge di Newton afferma, quindi, che una forza esercitata su un corpo è direttamente proporzionale al prodotto dell'accelerazione per la massa del corpo.

La terza legge di Newton: il principio di azione e reazione

Se spingi un oggetto con forza, possiamo dire che stai esercitando un'azione su quel corpo. A questa forza, il corpo oppone una forza di reazione. La terza legge di Newton dice quindi che a ogni azione segue una reazione di forza uguale e contraria alla prima.

Cosa studiano la statica e l'idrostatica?

Fisica alla maturità e al test di auto-valutazione

Se un corpo va una velocità costante si parla di moto uniforme.
Il moto è uniforme quando non esiste accelerazione nel corpo in movimento!

La meccanica è una delle materie che fanno parte del programma di fisica delle superiori. Se studi al liceo scientifico troverai un problema e quattro quesiti di matematica e fisica nella seconda prova. Per questo è importante studiare i concetti base di fisica ed esercitarsi con le formule.

Il programma di fisica della maturità comprende tutti gli ambiti della meccanica classica, della meccanica relativistica e accenni alla meccanica quantistica. Studiare il programma di matematica e fisica non ti aiuterà solo a superare gli esami di maturità, ma anche a prepararti per l'ammissione alla facoltà di fisica.

Le università di fisica non sono a numero chiuso, ma valutano le conoscenze scientifiche delle aspiranti matricole prima che si iscrivano. Chi ha delle solide basi scientifiche comincia con il normale percorso di studi.

Chi invece ottiene un punteggio basso alle prove di matematica o scienze, dovrà fare degli esami aggiuntivi entro una certa data, prima di poter passare al piano di studi ordinario.

Questi esami non sono più chiamati test di ammissione perché il loro risultato non impedisce a nessuno di accedere alla facoltà. Sono però dei test di autovalutazione che avranno un impatto importante sul primo anno di studio alla facoltà di fisica.

Se vuoi passare l'esame di maturità senza difficoltà e ottenere un punteggio alto al test di autovalutazione per la facoltà di fisica non ti resta che studiare la fisica meccanica!

Bisogno di un insegnante di Fisica?

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Catia

Traduttrice e scrittrice con una passione per le lingue