Prof. A. Di Muro Moto armonico Consideriamo il moto circolare uniforme di un punto Q. Sia P la proiezione di Q sull’asse delle ordinate come in figura. y v vQ P si muove di moto armonico. Il moto è periodico, con la stessa velocità angolare di Q. Lo spostamento del punto P è dato da s R sen , la velocità del punto P è data dalla proiezione della velocità di Q lungo l’asse delle ordinate, v vQ cos R cos , l’accelerazione del punto P è data analogamente dalla proiezione dell’accelerazione del punto Q lungo l’asse delle ordinate, a aQ sen 2 R sen Q P a s aQ R O x come si vede dalle figure, l’accelerazione di P è sempre opposta al suo spostamento, da cui il segno meno. riassumendo: s R sen v R cos a 2 R sen Osservando che la velocità angolare è espressa da: 0 , se scegliamo t0 0 0 , le equazioni del moto possono essere scritte come: t t t0 s R sen t v R cos t ponendo R = A dove A è l’ampiezza di oscillazione si ha a 2 R sen t s A sen t v Acos t a 2 A sen t 2 Inoltre la terza equazione può essere scritta anche come a s . Ogni volta che l’accelerazione di un corpo è legata allo spostamento da una relazione simile, il moto del corpo è un moto armonico. La velocità di P è massima quando P passa per il centro della circonferenza, in tale istante l’accelerazione è nulla, viceversa negli estremi del moto la velocità è nulla ( il corpo si ferma per tornare indietro ) e l’accelerazione è massima. Prof. A. Di Muro Considerando che v ds dt si ha Acos d( A sen ) d( A sen ) d sen da cui A dt d( t ) d d sen d sen x cos o più in generale cos x d dx d( Acos ) d( Acos ) d cos dv Analogamente a si ha 2 A sen da cui 2 2 A dt d( t ) d dt d cos d cos x sen o più in generale sen x d dx Abbiamo ricavato altre due regole di derivazione per il seno ed il coseno. Esercizio: Un corpo si muove di moto armonico con un’ampiezza di oscillazione di 2.0 m. Sapendo che all’istante t = 0 il corpo ha la massima velocità v 4.0 m / s determinare tutte le grandezze fisiche del moto dopo 3.0 secondi. Dalla v Acos t si ha v A 2.0 da cui 2.0 rad / s . La posizione dopo 3 secondi è: s Asen t 2.0 sen 6.0 0.56 m L’accelerazione è a 2 s 2.2 m / s 2 v P 2 a 0 2 La velocità è v Asen t 4.0 sen 6.0 1.1 m / s La frequenza di oscillazione è 0.32 Hz 2 1 Il periodo dell’oscillazione è T 3.1 s . Il punto Q è nel terzo quadrante della circonferenza. Esercizio: Un corpo si muove di moto armonico con un’ampiezza di oscillazione di 3.0 m. In un certo istante la sua accelerazione vale a = 12 m / s 2 e la sua velocità è negativa. Sapendo che la frequenza è 2 / Hz determinare tutte le grandezze fisiche del moto. 2 4.0 rad / s Accelerazione e velocità sono entrambe negative solo nel secondo quadrante, dalla terza equazione del moto si ricava: sen t a 12 0.25 essendo nel secondo quadrante t sen1 0.25 2.9 rad e 2 A 48 quindi t 2.9 a 0.72 s , lo spostamento è s 2 0.75 m , la velocità è v Acos t 12 cos 2.9 12 m / s