Officina del Moto › Parte 3 › Accelerazione tangenziale e centripeta

Accelerazione tangenziale e centripeta

Due modi di cambiare velocità, due componenti dell'accelerazione.

Al termine di questa lezione saprai

1. Riprendiamo il filo

Nella lezione sulla velocità come vettore avevamo lasciato in sospeso un'affermazione: un'automobile che percorre una curva a 50 km/h costanti sta cambiando velocità, perché ne cambia la direzione. Ora abbiamo gli strumenti per dire che cosa significa esattamente, e soprattutto per dire dove punta l'accelerazione in quel caso.

Ricorda la definizione: l'accelerazione ha la stessa direzione e lo stesso verso del vettore Δv, perché si ottiene dividendolo per un numero positivo. Quindi la domanda «dove punta l'accelerazione?» diventa: dove punta la variazione di velocità?

2. Dove punta Δv in una curva

Prendiamo il caso più pulito: un corpo che percorre una circonferenza mantenendo costante il modulo della velocità. Disegniamo il vettore velocità in due istanti vicini — tangente alla traiettoria, come sappiamo — e costruiamo la differenza.

C v₁ v₂ a Costruzione di Δv v₁ v₂ Δv

I due vettori velocità hanno lo stesso modulo ma direzioni diverse: la loro differenza punta verso l'interno della curva.

Il risultato è quello che vedi: Δv punta verso l'interno della circonferenza, cioè verso il centro. Non in avanti, non all'indietro: di lato. E poiché l'accelerazione ha la direzione di Δv, anche l'accelerazione punta verso il centro.

Per questo si chiama accelerazione centripeta, che significa letteralmente «che tende al centro». È l'accelerazione che non fa andare più forte il corpo: gli fa curvare la traiettoria.

Un'idea da correggere

Molti immaginano che in curva ci sia una spinta verso l'esterno: è la sensazione che si prova in auto. Ma quella è l'inerzia del proprio corpo, che tenderebbe ad andare dritto mentre l'auto curva. L'accelerazione del veicolo punta verso l'interno: è ciò che gli impedisce di proseguire in linea retta.

3. Le due componenti

Nel caso generale un corpo può contemporaneamente curvare e cambiare rapidità: pensa a un'auto che accelera uscendo da una curva. Allora l'accelerazione non punta né esattamente in avanti né esattamente verso il centro, ma in una direzione intermedia — e conviene scomporla in due pezzi.

Componente Direzione Che cosa fa È nulla quando
Tangenziale (at) Lungo la traiettoria, come la velocità Cambia il modulo della velocità: fa accelerare o frenare La rapidità resta costante
Centripeta (ac) Perpendicolare alla traiettoria, verso il centro Cambia la direzione della velocità: fa curvare La traiettoria è rettilinea

Ogni moto si può leggere con questa griglia, e i casi particolari diventano immediati:

Quanto vale l'accelerazione centripeta

Si può dimostrare che il suo modulo dipende da quanto si va veloce e da quanto è stretta la curva: ac = v² / r, dove r è il raggio della traiettoria. Poiché la velocità compare al quadrato, raddoppiare la rapidità in curva quadruplica l'accelerazione centripeta: è il motivo per cui le curve si affrontano piano. Studierai questa formula in dettaglio nel moto circolare; qui basta sapere che esiste e da che cosa dipende.

4. Perché tutto questo conta

Questa lezione chiude un cerchio aperto all'inizio del percorso. Avevamo detto che la fisica descrive il moto con dei vettori, e che questo sembrava un complicarsi inutile della vita: perché non accontentarsi di numeri?

La risposta è qui. Con i soli numeri, «velocità costante in modulo» e «velocità costante» sarebbero la stessa frase, e non ci sarebbe modo di accorgersi che in curva sta accadendo qualcosa. Con i vettori invece la differenza è evidente, si può disegnare, e porta a una previsione precisa: l'accelerazione punta verso il centro della curva.

Da qui in avanti, con la dinamica, quella previsione diventerà ancora più interessante: se c'è un'accelerazione ci deve essere una forza, e quella forza dovrà puntare verso il centro. È la ragione per cui le curve delle autostrade sono inclinate verso l'interno e per cui un'auto su strada ghiacciata, in curva, non riesce a girare.

Vai a vedere

Nella simulazione L'accelerazione puoi costruire il vettore Δv lungo una traiettoria curva e vedere le due componenti separarsi sotto i tuoi occhi. Prova prima con un tratto in cui il corpo mantiene la rapidità, poi con uno in cui accelera: nel primo caso resta solo la componente verso il centro.

In sintesi

Verifica se hai capito

1. Un'auto percorre una rotonda a rapidità costante. Quali componenti dell'accelerazione ha?

Solo la centripeta. Il modulo della velocità non cambia, quindi la componente tangenziale è nulla; la direzione cambia in continuazione, quindi quella centripeta no.

2. Il carrello sulla rotaia trainato dal pesetto: quali componenti ha?

Solo la tangenziale. La traiettoria è rettilinea, quindi la direzione della velocità non cambia mai e la componente centripeta è nulla. Cambia solo il modulo, e l'accelerazione è diretta lungo la rotaia.

3. Perché in curva ci si sente spinti verso l'esterno se l'accelerazione punta verso l'interno?

Perché il nostro corpo tenderebbe a proseguire in linea retta, mentre il veicolo curva: è la portiera che «viene incontro» a noi, non noi che veniamo spinti fuori. L'accelerazione del veicolo è diretta verso il centro della curva.

4. A parità di velocità, in quale curva l'accelerazione centripeta è maggiore: stretta o larga?

Nella curva stretta. Poiché ac = v²/r, un raggio più piccolo dà un'accelerazione più grande: la direzione della velocità deve cambiare più in fretta.

5. Un corpo ha accelerazione nulla. Che cosa si può dire del suo moto?

Che la sua velocità non cambia né in modulo né in direzione: si muove di moto rettilineo uniforme, oppure è fermo. Entrambe le componenti dell'accelerazione devono essere nulle.

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