Officina del Moto › Parte 2 › La velocità media

La velocità media

Il primo vettore che mette insieme spostamento e tempo.

Al termine di questa lezione saprai

1. Manca ancora qualcosa

Con il vettore spostamento sappiamo dire di quanto un corpo si è spostato. Ma due automobili possono compiere lo stesso spostamento, una in un'ora e mezza e l'altra in tre ore. Lo spostamento è identico; quello che le distingue è il tempo impiegato.

Serve quindi una grandezza che metta insieme le due informazioni. La costruiamo nel modo più naturale possibile: dividendo il vettore spostamento per il tempo impiegato a compierlo.

vm = Δs / Δt Velocità media vettoriale: il vettore spostamento diviso l'intervallo di tempo in cui è avvenuto.

Poiché consideriamo l'istante finale successivo a quello iniziale, Δt = t2 − t1 è positivo. Perciò la velocità media ha la stessa direzione e lo stesso verso dello spostamento: dividere un vettore per un numero positivo ne cambia la lunghezza, non l'orientamento. Nel moto lungo una retta questa formula diventerà una semplice differenza fra due numeri con segno: lo vedremo nella Parte 4.

x y O traiettoria A P s A s P Δs v m

Il corpo passa dalla posizione A alla posizione P lungo la traiettoria. I vettori sA e sP individuano le due posizioni rispetto all'origine O; il vettore spostamento Δs va da A a P. Il vettore velocità media vm ha la stessa direzione e lo stesso verso di Δs.

2. Le unità di misura

La velocità ha le dimensioni di una lunghezza divisa per un tempo, quindi la sua unità nel Sistema Internazionale è il metro al secondo, m/s. Nella vita di tutti i giorni si usano i chilometri orari, km/h. Per passare dagli uni agli altri:

km/h → m/s : dividi per 3,6   |   m/s → km/h : moltiplica per 3,6 Il 3,6 viene da 3600 secondi in un'ora diviso 1000 metri in un chilometro.
Qualche modulo da tenere in mente

Una persona che cammina ha un modulo della velocità di circa 1,4 m/s, cioè 5 km/h; un ciclista tranquillo circa 5 m/s, cioè 18 km/h; un'auto in città circa 14 m/s, cioè 50 km/h. Per conoscere il vettore completo servono anche direzione e verso.

Errore frequente

Non esiste un'unità «giusta» in assoluto: se il modulo dello spostamento è 120 km in 2 h lungo una direzione fissata, il modulo della velocità media è 60 km/h, e il calcolo è corretto così. L'importante è utilizzare unità coerenti nel calcolo: se lo spostamento è espresso in metri e il tempo in secondi, la velocità risulterà in m/s; se lo spostamento è in chilometri e il tempo in ore, risulterà in km/h. Quando nello stesso problema compaiono altre grandezze espresse nel Sistema Internazionale, conviene convertire la velocità in m/s.

3. Che cosa la media nasconde

La velocità media è utile, ma è anche spietata nel cancellare i dettagli. Tiene conto solo di dove il corpo è partito, di dove è arrivato e di quanto tempo è passato, non di come ci è arrivato. Può essere partito piano e poi aver accelerato, oppure essersi fermato a metà strada: la velocità media non ne conserva alcuna traccia.

Esempio — stesso spostamento, storie diverse

Due corpi partono dallo stesso punto e, dopo 2 ore, si trovano entrambi 120 km più a est. Per entrambi il vettore spostamento ha modulo 120 km ed è diretto verso est, quindi il vettore velocità media ha modulo 60 km/h ed è diretto verso est. Uno però può essersi mosso in modo regolare, l'altro può avere accelerato, rallentato o fatto una sosta: la velocità media non distingue queste storie.

La media descrive il cambiamento complessivo di posizione nell'intervallo considerato, ma non dice quale fosse il vettore velocità in un preciso istante. Per rispondere a questa domanda serve un'idea nuova: la velocità istantanea.

In sintesi

Verifica se hai capito

1. Un corpo compie uno spostamento di 6 km verso nord in 20 minuti. Qual è la sua velocità media?

Venti minuti sono un terzo d'ora. Il modulo della velocità media è 6 km / (1/3 h) = 18 km/h e il vettore è diretto verso nord, come lo spostamento.

2. Un atleta corre un giro completo di pista e torna esattamente al punto di partenza. Quanto vale il vettore velocità media?

È nullo, perché il vettore spostamento complessivo è nullo: posizione iniziale e finale coincidono.

3. Quale direzione e quale verso ha il vettore velocità media?

Gli stessi del vettore spostamento, perché si ottiene dividendo lo spostamento per un intervallo di tempo positivo.

4. Due corpi hanno lo stesso vettore spostamento nello stesso intervallo di tempo. Hanno la stessa velocità media?

Sì. Il rapporto Δs / Δt è lo stesso. Questo però non significa che durante l'intervallo si siano mossi nello stesso modo.

5. Conoscere la velocità media permette di conoscere la velocità in ogni istante?

No. La velocità media riassume l'intero intervallo e può nascondere accelerazioni, rallentamenti, cambi di direzione e soste. Per conoscere la velocità in un singolo istante serve la velocità istantanea.

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