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Due corpi in versi opposti

Lo stesso metodo dell'inseguimento, con una velocità che cambia segno.

Al termine di questa lezione saprai

1. Che cosa cambia rispetto a prima

Il metodo della lezione precedente non cambia di una virgola: due leggi orarie, la condizione sA = sB, l'equazione risolta in t. L'unica novità è che ora i due corpi si muovono in versi opposti, e questo ha una conseguenza precisa.

Il punto decisivo

Il verso positivo è uno solo, valido per entrambi i corpi. Chi si muove in quel verso ha velocità positiva, chi si muove nell'altro ha velocità negativa. Non esiste la possibilità di dare a ciascuno il proprio verso comodo: sarebbe come usare due riferimenti diversi, e i conti non tornerebbero.

Da qui in poi, tutto il resto è automatico: basta scrivere la velocità con il segno giusto e lasciare che l'algebra faccia il suo lavoro.

2. Un esempio svolto

L'incontro

Due ciclisti si trovano agli estremi di una strada rettilinea lunga 600 metri e partono nello stesso istante uno incontro all'altro. Il primo va a 12 m/s, il secondo a 8 m/s. Dopo quanto tempo si incontrano e in quale punto?

Passo 1. Origine sul primo ciclista, verso positivo verso il secondo.

Passo 2. Il primo parte dall'origine e va nel verso positivo: s0A = 0, vA = +12 m/s. Il secondo parte da 600 metri e viene incontro, quindi si muove nel verso negativo: s0B = 600 m, vB = −8 m/s. Le leggi sono:

sA = 12 t     sB = 600 − 8 t

Passo 3. Imponiamo sA = sB: 12 t = 600 − 8 t. Portando i termini con t a sinistra: 20 t = 600, quindi t = 30 s.

Passo 4. sA = 12 · 30 = 360 m. Verifica: sB = 600 − 8 · 30 = 600 − 240 = 360 m. Coincidono.

Si incontrano dopo mezzo minuto, a 360 metri dal punto di partenza del primo ciclista — cioè a 240 metri da quello del secondo. E infatti 360 + 240 = 600, l'intera lunghezza della strada.

3. Il grafico

t (s) s (m) O ciclista A ciclista B 600 30 s 360

Una retta sale e l'altra scende: si tagliano nel punto in cui i due ciclisti si trovano nello stesso luogo.

La differenza rispetto all'inseguimento si vede subito: lì le rette salivano entrambe, qui una sale e l'altra scende. L'incontro resta il punto in cui si tagliano, e con rette che vanno in versi opposti quell'incrocio c'è sempre: due corpi che si vengono incontro non possono mancarsi.

4. La distanza fra i due

C'è una domanda che questo tipo di problema porta con sé: a che distanza si trovano i due corpi in un istante qualsiasi? Basta fare la differenza fra le loro posizioni.

Nel nostro esempio: d = sB − sA = (600 − 8t) − 12t = 600 − 20 t.

t (s)sA (m)sB (m)Distanza (m)
00600600
10120520400
20240440200
303603600

La distanza cala di 20 metri ogni secondo, e 20 è proprio la somma dei moduli delle due velocità: 12 + 8. Non è un caso.

Versi opposti → velocità di avvicinamento = vA + vB
Stesso verso → velocità di avvicinamento = vA − vB Con i moduli delle velocità. Nell'inseguimento dell'esempio precedente era 15 − 10 = 5 m/s.

Il motivo è intuitivo: se ognuno mangia strada da una parte, i metri che li separano si consumano due volte più in fretta. Se invece vanno nella stessa direzione, quello che conta è solo il vantaggio di rapidità di chi insegue. Ecco perché un inseguimento dura tanto e un incontro frontale è rapidissimo.

Una scorciatoia, con cautela

Da qui si ricava un metodo rapido: tempo d'incontro = distanza iniziale diviso velocità di avvicinamento, cioè 600 : 20 = 30 s. È comodo e dà lo stesso risultato, ma funziona solo nei casi semplici. Il metodo delle due leggi orarie funziona sempre, anche quando le partenze non sono simultanee o le posizioni sono scomode: conviene imparare quello, e usare la scorciatoia per controllare.

5. Il metodo vale per tutti i casi

Con questa lezione il percorso si chiude, ed è il momento di notare che le due tappe della Parte 2 non erano due problemi diversi: erano lo stesso problema, risolto con lo stesso schema.

Stesso verso Versi opposti
Leggi oraries = s0 + v · t per ciascun corpo
Condizione d'incontrosA = sB
Segni delle velocitàEntrambe positiveUna positiva e una negativa
Sul graficoDue rette che salgonoUna sale, una scende
L'incontro avviene?Solo se chi insegue è più veloceSempre

Un solo strumento — la legge oraria — e una sola idea — due corpi si incontrano quando occupano la stessa posizione nello stesso istante. Da qui si risolvono tutti i problemi di questo tipo, compresi quelli in cui uno dei due parte in ritardo o in cui uno è fermo.

Vai a vedere

Nella simulazione Moto di due corpi in versi opposti puoi cambiare le velocità e la distanza iniziale e osservare l'incontro con le due rette che si tagliano. Prova a rendere un corpo molto più veloce dell'altro e guarda dove si sposta il punto d'incontro: verso il corpo lento.

In sintesi

Verifica se hai capito

1. Perché la velocità del secondo corpo è negativa?

Perché si muove nel verso opposto a quello che abbiamo dichiarato positivo. Il segno non descrive il corpo, descrive il suo moto rispetto alla scelta che abbiamo fatto all'inizio.

2. Due corpi distano 500 m e si vengono incontro a 15 m/s e 10 m/s. Dopo quanto si incontrano?

15t = 500 − 10t, quindi 25t = 500 e t = 20 s. Con la scorciatoia: 500 : (15 + 10) = 20 s. Il punto d'incontro è a 15 · 20 = 300 m dal primo.

3. Perché un incontro frontale è più rapido di un inseguimento?

Perché la distanza si consuma alla somma delle due velocità invece che alla loro differenza. Nell'inseguimento conta solo il vantaggio di rapidità di chi sta dietro, che è un numero molto più piccolo.

4. Due corpi si vengono incontro. Può succedere che non si incontrino mai?

No. Le due rette hanno pendenze di segno opposto, quindi si tagliano sempre: prima o poi si trovano nello stesso punto. È una differenza importante rispetto all'inseguimento, dove l'incontro può non avvenire.

5. Se un corpo è molto più veloce dell'altro, dove cade il punto d'incontro?

Vicino alla posizione di partenza di quello lento: nel tempo disponibile il corpo veloce copre molta più strada. Al limite, se uno dei due fosse fermo, l'incontro avverrebbe esattamente dove si trova lui.

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