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v1 · padrão canônico

Lezione 28 — Applicazioni dei vettori in fisica

Forze, spostamento, velocità, accelerazione. Scomposizione su rampa. Equilibrio statico.

Used in: 1.º ano do EM (16 anos) · Equiv. Physik Klasse 10 alemã · Equiv. Physics I japonês · H2 Physics singapurense

Fi=ma\sum \vec{F}_i = m \vec{a}
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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

Vettori in meccanica

Principi fondamentali

  1. Equilibrio statico: Fi=0\sum \vec F_i = \vec 0 (oggetto in quiete o moto rettilineo uniforme).
  2. 2ª legge di Newton: Fi=ma\sum \vec F_i = m \vec a.
  3. Scomposizione: per una rampa con inclinazione θ\theta, la gravità g=gȷ^\vec g = -g\hat\jmath si proietta in gsinθ-g\sin\theta parallelo (discesa) e gcosθ-g\cos\theta normale.

Lavoro ed energia

  • Lavoro: W=FdW = \vec F \cdot \vec d.
  • Potenza: P=FvP = \vec F \cdot \vec v.

Cinematica vettoriale

  • Posizione: r(t)\vec r(t).
  • Velocità: v(t)=dr/dt\vec v(t) = d\vec r/dt.
  • Accelerazione: a(t)=dv/dt\vec a(t) = d\vec v/dt.

Per moto uniformemente accelerato: r(t)=r0+v0t+12at2\vec r(t) = \vec r_0 + \vec v_0 t + \frac{1}{2} \vec a t^2

Exercise list

30 exercises · 7 with worked solution (25%)

Application 20Modeling 10
  1. Ex. 28.1Application
    Risultante di F1=(3,4)\vec F_1 = (3, 4) N e F2=(1,2)\vec F_2 = (-1, 2) N.
  2. Ex. 28.2Application
    Per l'equilibrio, F1+F2+F3=0\vec F_1 + \vec F_2 + \vec F_3 = \vec 0 con F1=(5,0)\vec F_1 = (5, 0), F2=(3,4)\vec F_2 = (-3, 4). Calcola F3\vec F_3.
  3. Ex. 28.3Application
    Massa di 10 kg su rampa di 30°. Forza parallela alla rampa (gravità): mgsin30°mg \sin 30° = ?
  4. Ex. 28.4Application
    Massa in caduta libera: F=(0,mg)\vec F = (0, -mg), a=(0,g)\vec a = (0, -g).
  5. Ex. 28.5Application
    Blocco su rampa liscia di 45°. Accelerazione nello scivolare: gsin45°=g2/2g \sin 45° = g\sqrt 2/2.
  6. Ex. 28.6ApplicationAnswer key
    Velocità risultante di una barca vb=(0,4)\vec v_b = (0, 4) km/h su un fiume con corrente vc=(3,0)\vec v_c = (3, 0) km/h.
  7. Ex. 28.7Application
    Tempo per attraversare un fiume di 800 m: dipende solo da vbȷ^=4\vec v_b \cdot \hat\jmath = 4 km/h.
  8. Ex. 28.8Application
    Lavoro di F=(5,3)\vec F = (5, 3) N per spostare un oggetto d=(4,0)\vec d = (4, 0) m.
  9. Ex. 28.9Application
    Lavoro di una forza perpendicolare allo spostamento: zero.
  10. Ex. 28.10Application
    Per un cavo che tira F=100\vec F = 100 N a 30° sopra l'orizzontale su un carrello che si muove d=(10,0)\vec d = (10, 0) m: W=?W = ?
  11. Ex. 28.11ApplicationAnswer key
    Accelerazione media: a=(vfvi)/Δt\vec a = (\vec v_f - \vec v_i)/\Delta t. Per vi=(10,0)\vec v_i = (10, 0), vf=(10,5)\vec v_f = (10, 5), Δt=2\Delta t = 2s: a\vec a?
  12. Ex. 28.12Application
    Traiettoria di un proiettile sotto a=(0,g)\vec a = (0, -g) con v0=(v0cosθ,v0sinθ)\vec v_0 = (v_0 \cos\theta, v_0 \sin\theta).
  13. Ex. 28.13Application
    Tempo di volo di un proiettile lanciato a 45° con v0=20v_0 = 20 m/s.
  14. Ex. 28.14ApplicationAnswer key
    Gittata orizzontale dello stesso proiettile.
  15. Ex. 28.15Application
    Altezza massima del proiettile.
  16. Ex. 28.16Application
    Blocco su rampa con attrito: forza di attrito f=μN=μmgcosθf = \mu N = \mu mg \cos\theta contro il moto.
  17. Ex. 28.17Application
    Per quale θ\theta il blocco inizia a scivolare (attrito statico μs=0,3\mu_s = 0{,}3)? θ=arctanμs\theta = \arctan \mu_s.
  18. Ex. 28.18Application
    Versore nella direzione del moto v=(3,4)\vec v = (3, 4).
  19. Ex. 28.19Application
    Scomposizione di (10,0)(10, 0) N lungo una rampa di 30°30°: 10cos30°10 \cos 30° lungo, 10sin30°10 \sin 30° normale.
  20. Ex. 28.20Application
    In equilibrio, travatura reticolare semplice: nodo con 3 forze. Calcolare le tensioni.
  21. Ex. 28.21ModelingAnswer key
    Aereo a 800 km/h verso nord con vento di 100 km/h da est. Velocità risultante (modulo + angolo).
  22. Ex. 28.22ModelingAnswer key
    Affinché l'aereo sopra vada al nord vero, quale rotta deve mantenere?
  23. Ex. 28.23ModelingAnswer key
    Piano inclinato 20°, massa 5 kg, attrito μ=0,25\mu = 0{,}25. Forza parallela netta?
  24. Ex. 28.24Modeling
    Funambolo su corda, peso W=600W = 600 N. Tensione su ciascun lato della corda quando forma un angolo di 5° con l'orizzontale.
  25. Ex. 28.25Modeling
    Travatura a V invertita con 2 cavi che sostengono 1000 kg, ciascun cavo a 30°30° dalla verticale. Tensione in ciascun cavo.
  26. Ex. 28.26ModelingAnswer key
    Auto in curva: forza centripeta Fc=mac\vec F_c = m \vec a_c punta verso il centro. Per 1.000 kg a 60 km/h in curva di raggio 100 m: Fc=?F_c = ?
  27. Ex. 28.27Modeling
    Razzo lanciato a 60° con v0=100v_0 = 100 m/s. Traiettoria vettoriale r(t)\vec r(t).
  28. Ex. 28.28Modeling
    Drone con spinta verso l'alto Fm=(0,F)\vec F_m = (0, F) contro peso P=(0,mg)\vec P = (0, -mg) e vento orizzontale V=(V,0)\vec V = (V, 0). Risultante.
  29. Ex. 28.29Modeling
    Veicolo elettrico in salita: motore Fm\vec F_m + attrito Ff\vec F_f + gravità parallela mgsinθ-mg\sin\theta = mam\vec a.
  30. Ex. 28.30Modeling
    Nei videogiochi, il proiettile obbedisce alle equazioni vettoriali — implementare l'aggiornamento rn+1=rn+vnΔt\vec r_{n+1} = \vec r_n + \vec v_n \Delta t, vn+1=vn+aΔt\vec v_{n+1} = \vec v_n + \vec a \Delta t.

Fonti di questa lezione

  • University Physics (Volume 1) — OpenStax · 2016 · EN · CC-BY · cap. 4-6: cinematica vettoriale e leggi di Newton. Fonte primaria.
  • Linear Algebra Done Right — Sheldon Axler · 2024, 4ª ed · EN · CC-BY-NC · cap. 1: vettori in geometria.
  • Active Calculus — Matt Boelkins · 2024, ed. 2.0 · EN · CC-BY-NC-SA · cap. 9: calcolo vettoriale.

Updated on 2026-04-29 · Author(s): Clube da Matemática

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