Composizione dei moti
Una biglia rosa e una biglia gialla, molto più pesante della prima, sono appoggiate ad un tavolo.
Il tavolo è dotato di un "ripiano a scomparsa" (verde) che lascia cadere le biglie sotto l'effetto dell'accelerazione di gravità.
Se la resistenza dell'aria può essere trascurata, quale delle biglie toccherà terra per prima? Quella rosa, più leggera, o quella gialla, più pesante?
Dopo aver dato la tua risposta, immagina ora che le due biglie vengano collegate con un cavo inestensibile di massa trascurabile e lasciate cadere allo stesso istante dal tavolo. Come cambia il tempo di caduta della biglia pesante?
È maggiore, minore o uguale a quello della sola biglia pesante?
Immagina infine che la biglia pesante possa essere infilata dentro quella leggera, che funziona da "guscio contenitore". Se questa biglia composita viene fatta cadere dallo stesso tavolo, il suo tempo di caduta è maggiore, minore o uguale a quello della sola biglia pesante?
Premendo i nella animazione qui sotto potrai vedere una simulazione del primo esperimento (dopo qualche istante il supporto verde scompare e le biglie iniziano a cadere simultaneamente).
La risposta a tutte le domande è: il tempo di caduta da fermo
non dipende dalla massa dell'oggetto, e quindi è uguale per tutti gli oggetti.
Ora, siamo sicuri che quello che l'animazione mostra siano due biglie che cadono da ferme?
Premi il pulsante "L" per vedere cosa è realmente successo.
La biglia gialla è più avanti di quella rosa.
Premi ⏮ e quindi nuovamente ▶️ per rivedere ciò che è successo.
In realtà la biglia gialla ha rotolato sul tavolo e, passando davanti a una fotocellula posta appena prima del supporto, lo ha fatto scomparire.
In questo modo le due biglie hanno iniziato a cadere contemporaneamente sotto l'effetto dell'accelerazione di gravità, ma quella gialla lo ha fatto continuando a procedere in avanti.
Nonostante la biglia gialla abbia una velocità orizzontale non nulla, il suo moto di caduta appare totalmente identico a quello della biglia gialla, se guardato frontalmente.
Come appare il moto in avanti della biglia? Per scoprirlo premi il pulsante "A", poi ⏮ e quindi nuovamente ▶️. Guardando dall'alto, il moto della biglia sul tavolo appare indistinguibile da quello in caduta dal tavolo.
Questo semplice "esperimento simulato" mostra che il moto parabolico della biglia gialla è il risultato della composizione di un moto rettilineo uniforme in orizzontale e un moto uniformemente accelerato in verticale. Questi due moti sono indipendenti l'uno dall'altro.
Chiediamoci ora se le cose stanno veramente come crediamo: davvero la biglia rosa cade lungo una traiettoria rettilinea e quella gialla lungo una traiettoria parabolica?
Immagina di rivedere la scena camminando alla stessa velocità con cui si muove la biglia gialla sul tavolo.
In questo caso, rispetto al tuo sistema di riferimento, cambierà solo la posizione verticale della biglia gialla, mentre la sua posizione orizzontale non cambierà. In altre parole la biglia gialla cadrà verticalmente.
Cosa farà la biglia rosa? Dal tuo punto di vista si sta muovendo orizzontalmente all'indietro. Quindi mentre essa cade, la traiettoria che traccia è parabolica.
Per verificare questo fatto ripristina la vista laterale (tasto "L"), seleziona il sistema di riferimento della biglia gialla ("biglia G") e ripeti l'esperimento.
Il pulsante "traiettoria" permette di evidenziare le traiettorie delle biglie nei due sistemi di riferimento.