8.6
Un controllo di sicurezza su una nave utilizza un peso di prova pesante. Il peso viene sollevato e poi rilasciato per studiare come la resistenza dell'aria influenzi il movimento. Una volta lasciata andare, il peso parte dal riposo e cade nell'aria.
La gravità lo tira verso il basso, mentre l'aria spinge verso l'alto contro il suo movimento. Secondo la Seconda Legge di Newton, la variazione di velocità dipende dalla forza netta.
Combinando queste forze si ottiene un'equazione differenziale che collega l'accelerazione alla velocità. Dividendo l'equazione per la massa si ottiene una forma più semplice.
Definire il rapporto tra la costante di resistenza e la massa come la costante b rende più facile separare l'equazione differenziale.
Integrando l'equazione e riscrivendola per trovare l'equazione della velocità in funzione del tempo si ottiene un'equazione esponenziale. Usare la velocità iniziale di zero aiuta a trovare la costante rimanente nella soluzione.
Con l'aumentare del tempo, la velocità si avvicina a un valore costante noto come velocità terminale. Con un peso di 10 chilogrammi e una costante di resistenza di 2 newton-secondi per metro, il modello prevede una velocità terminale di 49 metri al secondo.
Quando si analizza il moto di corpi in caduta, è essenziale considerare non solo la forza di gravità, ma anche la resistenza dell’aria. Un esempio pra…
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