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MOTO ROTATORIO 2

Affinchè una massa ruoti occorre che sia sempre applicata una forza (il moto rotatorio in assenza di forze non è possibile: se il Sole sparisse, la Terra si muoverebbe di moto rettilineo uniforme: mancherebbe infatti la forza di attrazione gravitazionale che insieme alla forza centrifuga detrmina il moto di rivoluzione). Se sono presenti delle resistenze al moto (attriti o resistenze del mezzo), deve essere applicata costantemente una forza tangenziale F, che costringe la massa a muoversi.
DESCRIZIONE: una massa m ruota a distanza r intorno ad un asse O con velocità uniforme v sotto l'azione di una forza F tangente alla traiettoria. Di conseguenza la massa acquista una velocità angolare w(a), una accelerazione centripeta ac e una forza centrifuga Fc.
PROBLEMA: individuare le espressioni che regolano il moto rotatorio della massa m.

SOLUZIONE: abbiamo già visto le espressioni di v, di ac e di Fc.
La forza F crea un momento (in questo caso motore) Mm = F * r, che è la causa della rotazione.
Il lavoro L svolto dalla massa m nel percorrere un arco DS di circonferenza vale

L = F * DS = F * r * ar = Mm * ar

L'energia cinetica posseduta dalla massa diventa (ricordando che la velocità periferica v vale w * r):

Ec = m * v2 / 2 = m * w2 * r2 / 2 = J * w2 / 2

La quantità J = m * r2 prende il nome di momento d'inerzia di massa e rappresenta uno degli elementi(b) che caratterizzano il moto rotatorio. Come si vede dalle relazioni scritte, l'energia cinetica nel moto rotatorio ha una espressione simile (non uguale!) a quella del moto rettilineo, quando al posto della massa m si ponga il momento di inerzia J e al posto della velocità v si ponga la velocità angolare w (che però non è una vera velocità!).
La potenza N sviluppata (o impegnata) nel moto rotatorio, è data da

Nm = L / Dt = F * DS / Dt = F * r * ar / Dt = Mm * w

ricordando che ar / Dt = w.
Se invece del momento motore Mm si usa il momento resistente Mr si scriverà Nr = Mr * w.
Queste espressioni della potenza motrice Nm e di quella resistente Nr sono di fondamentale importanza in meccanica poichè gran parte dei moti delle macchine sono di tipo rotatorio, dei quali è nota la velocità angolare w oppure il numero(c) di giri al minuto n.

(a) Spessissimo invece della velocità angolare w rad/s si usa il numero di giri al minuto n. Le due quantità sono legate dalla relazione

w = 2 * p * n / 60

Infatti 1 giro vale 2p radianti e quindi n giri valgono 2pn radianti e 1 minuto vale 60 secondi.
(b) Il momento di inerzia di massa J = m * r2 è un "numero" che indica la facilità o la difficoltà di far ruotare una massa m posta alla distanza r dal centro di rotazione.
(c) Il numero n è facilmente misurabile per mezzo di semplici strumenti meccanici o elettrici o elettronici.