Come si calcola la velocità istantanea e media

La fisica rappresenta un ramo della scienza abbastanza vasto, attraverso il quale vengono studiati determinati principi, come la forza di gravità, il movimento, lo spazio temporaneo e le varie forze in genere. Per comprendere meglio i principi della fisica, è necessario avere delle ottime basi di matematica, poiché è necessario realizzare diversi calcoli ed eseguire determinate equazioni per ottenere il risultato dell'esperimento in questione; inoltre nella fisica vengono studiati i piani, gli assi, il peso e la velocità dei corpi. Oltre che alla teoria, in fisica è necessario svolgere la pratica, in modo da dimostrare la riuscita degli sperimenti; questi ultimi possono essere realizzati sia in maniera elementare come le semplici soluzioni e sia in maniera elaborata come la rappresentazione di un piano con un fulcro. Quando un oggetto è fermo, la linea sul grafico è orizzontale. Quando un oggetto si muove a velocità costante, la linea sul grafico è diritta, ma inclinata. Il diagramma mostra alcune linee tipiche su un grafico distanza-tempo. In questa guida sarà spiegato in modo approfondito come si calcola la velocità istantanea e media.

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La velocità di un oggetto in movimento può essere calcolata se la distanza percorsa e il tempo impiegato sono noti. Più velocemente un oggetto si muove, più ripida è la linea che la rappresenta su un grafico distanza-tempo. La velocità di un oggetto è la sua velocità in una particolare direzione. Nei grafici velocità-tempo le linee inclinate rappresentano velocità sempre crescenti o decrescenti. Le linee orizzontali rappresentano il movimento a velocità costanti. Considerando l'esempio di un'auto in movimento, cerchiamo di definire la velocità istantanea, ovvero la velocità della vettura in un preciso istante di tempo. Dividiamo la distanza AB in piccoli intervalli: AC, CD e DB e calcoliamo la velocità media in questi intervalli. Le velocità dei segmenti creati non rappresentano la velocità reale dell'auto, ma rimane comunque un metodo veloce per calcolare la velocità istantanea. Se vogliamo descrivere in maniera ancora più dettagliata il moto dell'auto, dividiamo AB in tratti ancora più piccoli e calcoliamo la velocità media di ciascuno di essi. Restringendo sempre più l'intervallo di tempo, la velocità media si avvicinerà sempre più a descrivere il moto reale dell'auto.

Dunque, quando si calcola la velocità istantanea si va a vedere cosa accade quanto l'intervallo di tempo tende a zero. Se si desidera essere precisi, la velocità istantanea può essere definita come il valore limite a cui tende la velocità media in un intervallo di tempo molto piccolo: v=lim (?t?0) ?s/?t v=lim?t?0?s?. Quando un oggetto si muove in linea retta a una velocità costante, è possibile calcolare la sua velocità media se si sa quanto viaggia e quanto tempo ci vuole. Questa equazione mostra la relazione tra velocità, distanza percorsa e tempo impiegato, ad esempio: un'auto percorre 300 m in 20 s. La sua velocità è di 300 ÷ 20 = 15 m / s. La velocità istantanea di un oggetto è la velocità di un oggetto in un particolare istante. In pratica è la velocità media in un brevissimo periodo di tempo.

Passiamo ora al calcolo della velocità media. Consideriamo un'auto che si muove in moto variabile, ed ipotizziamo che questa si sposti un punto A ad un punto B: dividendo la distanza percorsa per l'intervallo di tempo non otterremo la sua velocità reale, bensì la velocità media. Dunque, la velocità media è data da il rapporto tra spazio percorso e tempo impiegato. Facciamo un esempio numerico: il punto A dista dal punto B 10 km e un'auto percorre questa distanza in mezz'ora. Prima di procedere con la divisione dobbiamo trasformare la mezz'ora in secondi e i 10 km in metri. Il calcolo risulterà essere : 10.000 m/ 1.800 s = 5,5 m/s.

• Restringendo sempre più l'intervallo di tempo, la velocità media si avvicinerà sempre più a descrivere il moto reale dell'auto.

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