Fisica: la legge di conservazione della quantità di moto

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Introduzione

Nella fisica, la legge di conservazione della quantità di moto è quella legge che stabilisce che, in un sistema isolato, la quantità di moto rimane costante nel tempo. Per sistema isolato si intende un complesso di oggetti su cui non insistano forze esterne. Questo tipo di legge viene solitamente richiamata quindi dove vi siano sistemi che agiscano esclusivamente con forze interne, escludendo ogni intervento dall'esterno; ad esempio, un forte urto, oppure un'esplosione. In questa guida vediamo passo per passo i principi fondamentali della legge di conservazione della quantità di moto, indispensabile per la risoluzione di moltissimi problemi e che spiega fenomeni che apparentemente risulterebbero legati a fattori differenti.

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Dove si usa

La legge di conservazione della quantità di moto trova il suo impiego nella spiegazione di moltissimi fenomeni fisici. Questo principio della fisica è usato per poter analizzare le interazioni fra corpi che stiano compiendo moti differenti; quindi con esso si analizzano gli scontri fra le particelle subatomiche come anche le interazioni dei corpi celesti, tanto quanto due veicoli coinvolti in un incidente. La legge di conservazione della quantità di moto interviene ad esempio anche nello spazio dove un astronauta si sposta grazie ad un minuscolo sbuffo di gas nonostante la mancanza di altri vincoli disponibili. Ovviamente, perché possa essere applicato il principio, i sistemi devono essere stati isolati cioè devono essere state escluse forze eterne che ne possano perturbare il moto. Per analizzare per esempio la situazione di uno scontro fra veicoli, devono essere considerati anche gli eventuali fattori esterni che hanno contribuito a causarlo (per esempio la gravità, oppure la forza d'attrito) in modo che il sistema venga isolato.

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Come si calcola la quantià di moto

La quantità di moto è strettamente legata all'energia cinetica, della quale è la derivata prima. Un sistema che possieda una certa quantità di moto complessiva potrebbe essere formato da molti elementi ognuno dei quali contribuisce alla grandezza. Ad esempio se il sistema fosse formato da due veicoli in modo rettilineo uniforme uno di massa M e velocità V, l'altro di massa m e velocità v, la quantità di moto complessiva sarebbe M*V+m*v. Se per cause interne il corpo di massa M dovesse frammentarsi in due parti M1 e M2, esse dovrebbero avere una velocità differente rispetto all'inizio per la conservazione della quantità di moto, ed avremmo M1*V1+M2*V2=M*V. Se i due corpi me M dovessero urtare fra loro restando attaccati la velocità finale andrebbe calcolata vettorialmente impiegando la quantità di moto come riferimento.

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Quantità di moto e impulso

La quantità di moto interviene anche in problemi particolari come gli urti e spiega oggetti come i proiettili che grazie alla grande velocità, a dispetto della piccola massa riescono a trasmettere molta energia ai corpi che colpiscono. In fisica quindi la quantità di moto si impiega per spiegare tutti i fenomeni in cui due o più corpi si scambiano energia tramite urti, elastici o anelastici. Importante da sapere che ad esempio che l'urto di un auto contro una parete, contro la quale si ferma, può essere studiato in maniera analitica come lo scontro frontale con un'auto identica che procedesse con la stessa velocità, in accordo col teorema dell'impulso.

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