Un sistema di riferimento non inerziale
è un sistema di riferimento nel quale non è verificato il principio di inerzia: (se Frisultante = 0 N, ====> v = costante).
Un sistema di riferimento non inerziale è cioè un sistema di riferimento in cui un corpo soggetto ad una risultante di forze nulla, si muove comunque di moto non uniforme (accelerato). Tutti i sistemi di riferimento che si muovono di moto accelerato rispetto al sistema delle stelle fisse presentano questa particolarità e si definiscono non inerziali.
Per spiegare il moto all’interno di questi sistemi si introducono forze fittizie ( come la forza centrifuga, la forza di Coriolis).
il pendolo varia il piano di oscillazione perché la Terra ruota su se stessa.
Un sistema di riferimento inerziale è un sistema di riferimento in cui è valido il primo principio della dinamica: se Frisultante = 0 N, ====> v = costante, un corpo si muove di moto rettilineo uniforme. Si considera inerziale il sistema solidale con il Sole e le stelle (il cosiddetto sistema delle stelle fisse), ed ogni altro sistema che si muova di moto rettilineo uniforme rispetto ad esso (e che quindi non acceleri né ruoti).
Un ascensore fermo o che viaggia a velocità costante è un sistema di riferimento inerziale. Se accelera in fase di partenza o in fase di arrivo, non è più inerziale.
Esercizio 1)
Un uomo di 72kg si trova in un ascensore su un dinamometro a molla. Partendo da fermo l’ascensore sale, raggiungendo la sua massima velocità di 1,20 m/s in 0,8 secondi e continuando a questa velocità costante per i successivi 5 secondi.
L’ascensore poi procede con una accelerazione uniforme per 1,5 s lungo la direzione negativa dell’asse y, dopodiché si ferma. Cosa registrerà il dinamometro:
a) durante i primi 0,8 secondi?
b) mentre l’ascensore procede a velocità costante?
c) durante il tempo in cui decelera?.
L’uomo nell’ascensore fermo, pesa: Fpeso = 72 x 9,8 = 705,6 N
Quando l’ascensore accelera verso l’alto, l’uomo all’interno subisce l’accelerazione verso il basso che si somma all’accelerazione di gravità. L’ascensore non è più un sistema inerziale.
a1 = 1,2/0,8 = 1,5 m/s^2
Fpeso = 72 x (9,8 + 1,5) = 72 x 11,3 = 813,6 N (pesa di più, si sente schiacciato verso il basso).
Quando la velocità è costante, il sistema è inerziale, cioè non c’è accelerazione e il peso dell’uomo rimane normale = 705,6 N
Quando l’ascensore decelera l’uomo si sente spinto verso l’alto, subisce una accelerazione verso l’alto che si sottrae a g = 9,8 m/s^2
a2 = (0 – 1,2) /1,5 = – 0,8 m/s^2
Fpeso = 72 x ( 9,8 – 0,8) = 648 N ( si sente più leggero).
Esercizio 2: Sei su una bilancia pesa-persone dentro un ascensore fermo al tredicesimo piano di un grattacielo. La bilancia misura una forza-peso di 800 N
1)L’ascensore accelera verso l’alto e sulla bilancia leggi 900 N. Quanto vale l’accelerazione dell’ascensore?
2) L’ascensore sta per raggiungere il 23° piano e il valore sulla bilancia scende a 750 N. Quanto vale ora l’accelerazione dell’ascensore?
Ascensore fermo;
Fpeso = 800 N;
m = 800 / 9,8 = 81,6 kg; (massa).
1) Se l’ascensore accelera verso l’alto la forza di tensione dei cavi (verso l’alto) deve essere maggiore del peso che agisce verso il basso:
La bilancia segna il valore della tensione dei cavi. La tua forza peso diventa uguale alla forza di reazione alla tensione.
Ftensione – F peso = m * a,
900 – 800 = 81,6 * a;
a = 100 / 81,6 = 1,2 m/s^2. (Accelerazione dell’ascensore).
2) l’ascensore decelera: la tensione dei cavi diventa minore del peso, la bilancia segna il valore della forza di tensione che è minore del peso reale.
Ftensione – F peso = m * a;
750 – 800 = 81,6 * a;
a = – 50 / 81,6 = – 0,6 m/s^2.