Moto nello spazio tridimensionale

Presentazione sul tema: "Moto nello spazio tridimensionale"— Transcript della presentazione:

1 Moto nello spazio tridimensionale
La localizzazione spazio-temporale di un ‘evento’ (es.: il punto materiale P si trova in un certo posto ad un dato istante con una data velocità) richiede : - la definizione di un sistema di coordinate definizione di un punto arbitrario “origine” O e di un sistema di assi rispetto ai quali misurare gli spostamenti (distanze e/o angoli) Nella “Meccanica classica” (“newtoniana”), le proprietà geometriche dello spazio sono le stesse (quelle della “geometria euclidea”) in ogni punto dello spazio - la definizione di un modo di misurare il tempo : in Meccanica classica, è un parametro assoluto che ordina la successione degli eventi in un dato punto nella stessa maniera in ogni punto dello spazio ed in tutti i sistemi di coordinate (anche in moto relativo uno rispetto all’altro) : esso è misurato da “orologi” (sistemi fisici che esibiscono fenomeni periodici) il cui procedere è assunto essere lo stesso in tutti i punti dello spazio e indipendentemente dal loro stato di moto assolutezza del concetto di “contemporaneità” di eventi in punti diversi dello spazio U.Gasparini, Fisica I

2 Grandezza vettoriale r
E’ definita dandone un modulo (che ne specifica la grandezza in una data unità di misura), una direzione e un verso “prototipo” di una grandezza vettoriale: spostamento r rispetto ad un punto dello spazio direzione P r O “modulo” di r modulo, direzione e verso sono “proprietà intrinseche” della grandezza vettoriale ( indipendenti dal sistema di coordinate scelto per rappresentarle) definito un sistema di coordinate, nello spazio tridimensionale una grandezza vettoriale è individuata da tre numeri, “componenti” del vettore che la rappresenta nel sistema dato le componenti di un vettore soddisfano determinate “proprietà di trasformazione” per cambiamenti del sistema di coordinate, in modo tale da rispettare la invarianza delle proprietà intrinseche del vettore

3 r r r Sistemi di coordinate Coordinate cartesiane ortogonali: z
P = P(x,y,z) r y x Coordinate cilindriche: z P = P(R,j,z) r R y x j Coordinate sferiche : z P = P(r,j,q) r q y x j U.Gasparini, Fisica I

4 Trasformazione delle coordinate di un vettore
P=(x,y,z) P=(x,y,z) r r Þ y O y O Trasformazione di coordinate: x x= x(x,y,z) y=y(x,y,z) z= z(x,y,z) x2 + y2 + z2 = x2 + y2 + z2 x la lunghezza del vettore è conservata Caso bidimensionale: y y P=(x,y) = (x,y) x (x,y) = - x sin(q) + y cos(q) q x U.Gasparini, Fisica I x(x,y)= x cos(q) + y sin(q)

5 Rotazione del sistema di coordinate in un piano:
y P r =OP J x O La trasformazione : (x,y) Û (x,y ) mantiene invariante l’espressione che rappresenta il modulo del vettore r : ½OP½ è una quantità scalare

6 Operazioni con i vettori
Prodotto per uno scalare b = s a a a = (ax , ay , az ) b = s a = (s ax , s ay , s az ) Somma di due vettori b Þ “regola del parallelogramma” c c = a + b a cx = ax + bx cy = ay + by cz = az + bz Proprietà commutativa : a + b = b + a U.Gasparini, Fisica I

7 Versori a “Versore” u : Versori degli assi coordinati : z
vettore di modulo unitario: Versori degli assi coordinati : z u x = (1,0,0) uz u y = (0,1,0) ux y u z = (0,0,1) uy x Espressione di un vettore in funzione dei versori degli assi coordinati : a = ayux+ ayuy + azuz z a azuz axux y x ayuy U.Gasparini, Fisica I

8 Prodotto scalare di due vettori
E’ una quantità scalare: b qab a in particolare: Vale la proprietà distributiva: c qc infatti: b qb qd a bcosqb c cosqc dcosqd = bcosqb + c cosqc U.Gasparini, Fisica I

9 Prodotto scalare in coordinate cartesiane
Dalle proprietà precedenti, è facile ricavare l’ espressione del prodotto scalare in funzione delle coordinate cartesiane dei vettori : = 0 = 1 U.Gasparini, Fisica I

10 Prodotto vettoriale di due vettori
E’ un vettore: c c = a  b b q a Modulo: Direzione: perpendicolare al piano individuato da a e b c b Verso: definito dalla “regola della mano destra” (o “della vite destrogira”) a Valgono le proprietà : - anti-commutativa : - distributiva: U.Gasparini, Fisica I

11 Prodotto vettoriale in coordinate cartesiane
uz = ux ´ uy Þ uy p/2 ux Espressione del prodotto vettoriale in funzione delle coordinate cartesiane : = 0 = ax by ( ux ´ uy ) = ax by uz In forma “matriciale”: U.Gasparini, Fisica I