La meccanica

Cosa studia la meccanica in fisica

La meccanica è il ramo della fisica che studia il moto dei corpi, le cause che lo producono e le condizioni di equilibrio.

La meccanica è suddivisa in

• Cinematica
  La cinematica descrive il moto dei corpi senza considerare le cause che lo producono.
• Dinamica
  La dinamica studia il moto dei corpi e le forze che lo generano. Una forza è un'interazione in grado di modificare lo stato di quiete o di moto di un corpo.
• Statica
  La statica studia le condizioni di equilibrio

Per descrivere il moto di un corpo è necessario scegliere un sistema di riferimento.

La posizione, la velocità e l'accelerazione di un corpo possono infatti assumere valori diversi a seconda dell'osservatore e del sistema di riferimento utilizzato.

Il moto puntiforme

Uno dei casi più semplici studiati in meccanica è il moto puntiforme, nel quale il corpo viene schematizzato come un punto materiale, cioè un modello ideale privo di dimensioni ma dotato di massa.

Perché si studia il moto puntiforme?

Generalmente si comincia a studiare la meccanica con il moto puntiforme, perché il moto dei corpi solidi è molto più complesso.

Il moto puntiforme fornisce una prima spiegazione fondamentale del moto dei corpi.

Nota. Le leggi del moto puntiforme sono applicate anche per approssimare il moto dei corpi che hanno una dimensione non nulla ma comunque trascurabile rispetto alla dimensione dello spazio e/o alla distanza degli altri corpi che lo circondano. Si tratta ovviamente solo di un'approssimazione ma spesso è utile. Raramente il moto di un corpo è uguale a quello di un punto materiale. Quando tutti i punti di un corpo si muovono nello stesso modo si parla di moto traslatorio o traslazione.

Considerando un sistema di riferimento, il punto materiale occupa una posizione nello spazio.

Durante il moto, la posizione del punto materiale varia nel tempo ed è individuata dalle coordinate (x,y,z).

Esempio

In un semplice sistema di riferimento a una dimensione le coordinate del punto sulla linea sono x(t).

La funzione che descrive la posizione del punto in funzione del tempo è detta legge oraria.

La velocità misura la rapidità con cui varia la posizione di un corpo nel tempo. Nel caso più semplice è pari al rapporto tra lo spazio percorso e il tempo impiegato.

L'accelerazione è la variazione della velocità nel corso del tempo. E' un altro concetto base nello studio della meccanica.

Il moto è un moto uniforme se la velocità è costante.

E' invece un moto accelerato se la velocità varia nel tempo.

Alcune grandezze fisiche della meccanica, come lo spostamento, la velocità, l'accelerazione e la forza, sono rappresentate mediante vettori ossia da grandezze caratterizzate da intensità, direzione e verso.

Come rappresentare il moto di un punto

Esistono diverse rappresentazioni grafiche del moto.

Nella rappresentazione cartesiana a due dimensioni, il moto sul piano può essere scomposto in due moti componenti lungo gli assi x e y.

Le coordinate polari. In un sistema di coordinate polari la posizione di un punto sul piano è individuata dal raggio $ r $ e dall'angolo $ θ $. Le coordinate cartesiane possono essere ricavate tramite le relazioni $ x=r \cdot \cos θ $ e $ y=r \cdot \sin θ $.

E' anche possibile studiare lo spostamento da un altro punto di vista, quello della traiettoria.

La traiettoria è il percorso compiuto dal punto nel tempo. E' l'insieme delle posizioni occupate dal punto materiale durante il moto.

La traiettoria non va confusa con lo spostamento. Lo spostamento dipende soltanto dalla posizione iniziale e finale del punto materiale, mentre la traiettoria descrive l'intero percorso seguito durante il moto.

I tipi di moto

I moti possono essere classificati in base alla forma della traiettoria oppure in base al modo in cui varia la velocità nel tempo.

• Il moto rettilineo uniforme
• Il moto rettilineo uniformemente accelerato
• Il moto circolare uniforme
• Il moto circolare uniformemente accelerato
• moto parabolico
• moto armonico

E così via.