Moto parabolico: quello che dovete assolutamente sapere

Moto parabolico? Un principio cardine della fisica (applicato anche allo sport, come vedete) che è bene conoscere per via delle sue innumerevoli applicazioni nella vita di tutti i giorni ma anche nel mondo del lavoro. L’evoluzione del mercato del lavoro ha creato l’esigenza di acquisire know-how moderno e, soprattutto, variegato in modo tale che possiate essere (o diventare presto) professionisti in grado di sconfinare tra una disciplina e l’altra. Se volete capire i concetti base del moto parabolico e vederne la loro applicazione sul movimento di un proiettile per poi astrarre il concetto, ecco una guida che vi dice cosa c’è da sapere sul tema. Mettetevi comodi perché l’argomento è impegnativo ma questo è quello che dovete sapere. Buona lettura.

Moto parabolico?  Si tratta di una “forma di movimento esperita da un oggetto o particella (un proiettile) che viene proiettato vicino alla superficie terrestre e si muove lungo un percorso curvo sotto l’azione della sola gravità (in particolare, gli effetti della resistenza aerea sono considerati trascurabili )”.

Abbastanza chiaro ma quello che non si capisce dalla definizione scientifica del moro parabolico è che questo percorso curvo arriva da lontano. Fu mostrato da Galileo come una parabola e questo genere di studio di simili moti è stato definito “balistico” tanto che tale traiettoria è una “traiettoria balistica”.

Tenete sempre a mente una cosa.

L’unica forza di significato che agisce sull’oggetto è la gravità, che agisce verso il basso, conferendo così all’oggetto un’accelerazione verso il basso. A causa dell’inerzia dell’oggetto, non è necessaria alcuna forza orizzontale esterna per mantenere la componente di velocità orizzontale dell’oggetto. Prendendo in considerazione altre forze, tipo l’attrito dovuto alla resistenza aerodinamica o alla propulsione interna come in un razzo, ci vuole un’ulteriore analisi.

Torniamo indietro nel tempo fino all’antica Grecia. La balistica (da βάλλειν che significa “lanciare”) ora è “la scienza della meccanica che si occupa del volo, del comportamento e degli effetti dei proiettili, in particolare proiettili, bombe non guidate, razzi o simili”.

Cioè? I suoi scienziati hanno il know.how di progettare e accelerare i proiettili in modo da ottenere una prestazione studiata e previste.

I fattori assolutamente non tascurabili delle equazioni elementari della balistica sono due e sono:

• la velocità iniziale;
• un’accelerazione gravitazionale costante assunta.

Attenzione. Dovete capire quanto complessa è la materia. Le soluzioni pratiche di un problema balistico richiedono spesso considerazioni di:

• resistenza dell’aria;
• venti trasversali;
• movimento del bersaglio;
• accelerazione variabile dovuta alla gravità.

Non solo. E’ anche basilare analizzare una lista di problemi come:

• il lancio di un razzo da un punto della Terra a un altro;
• la rotazione della Terra;
• Le circostanze esterne.

Tecnicamente, perciò, le soluzioni matematiche dettagliate di problemi pratici non sono riassumibili come soluzioni in forma chiusa, e quindi richiedono metodi numerici per affrontare.

La velocità del proiettile

La prima e più evidente applicazione del moto parabolico è il calcolo della velocità del proiettile.

Un proiettile è un oggetto su cui l’unica forza è la gravità. La gravità, essendo una forza verso il basso, fa sì che un proiettile acceleri nella direzione verso il basso. La forza di gravità non potrebbe mai alterare la velocità orizzontale di un oggetto poiché le componenti perpendicolari del movimento sono indipendenti l’una dall’altra.

Una forza verticale non influenza un movimento orizzontale. Il risultato di una forza verticale che agisce su un oggetto che si muove orizzontalmente è di far deviare l’oggetto dal suo percorso altrimenti lineare. 

Secondo la legge di inerzia di Newton, un oggetto in movimento in una direzione orizzontale continuerebbe nel suo movimento orizzontale con la stessa velocità orizzontale e direzione, a meno che non sia agito da una forza orizzontale sbilanciata. L’animazione sopra mostra una sfera verde che si sposta a destra a velocità costante.

La distanza orizzontale percorsa in ogni secondo è un valore costante. La sfera rossa subisce un moto accelerato verticalmente che è tipico di un oggetto sul quale agisce solo la forza di gravità.

Se questi due movimenti sono combinati – movimento di caduta libera verticale e movimento orizzontale costante – allora la traiettoria sarà quella di una parabola. Un oggetto che inizia con una velocità orizzontale iniziale e viene agito solo dalla forza di gravità seguirà il percorso della sfera blu.

Percorrerà la stessa distanza orizzontale in ogni secondo consecutivo, ma cadrà verticalmente di una distanza maggiore in ogni secondo consecutivo. Il risultato è un percorso parabolico.

La scienza della balistica

Ci sono molti sbocchi di lavoro nella scienza della balistica. Capiamo meglio cos’è.

Definizione della balistica

Secondo la comunità scientifica occidentale, la “balistica è la scienza della propulsione, volo e impatto dei proiettili”. È divisa in diverse discipline:

• balistica interna;
• balistica esterna.

Rispettivamente, la prima si occupa della propulsione e del volo dei proiettili. La transizione tra questi due regimi è chiamata balistica intermedia. La balistica terminale riguarda l’impatto dei proiettili; una categoria separata comprende il ferimento del personale.

La pistola e il motore a razzo sono tipi di motore termico, che convertono parzialmente l’energia chimica di un propellente nell’energia cinetica di un proiettile.

I propellenti sono diversi dai combustibili convenzionali in quanto la loro combustione non richiede ossigeno atmosferico. All’interno di un volume limitato, la produzione di gas caldi da parte di un propellente in fiamme provoca un aumento della pressione.

La pressione spinge il proiettile e aumenta la velocità di combustione. I gas caldi tendono a erodere la canna della pistola o la gola del razzo.

Come funziona uno sparo

Quando la carica del propellente nella camera di un fucile viene accesa, i gas di combustione vengono trattenuti dallo sparo, quindi la pressione aumenta. Lo sparo inizia a muoversi quando la pressione su di esso supera la sua resistenza al movimento.

La pressione continua a salire per un po’ e poi cade, mentre lo sparo viene accelerato ad alta velocità. Il propellente a combustione rapida viene presto esaurito e, col tempo, il colpo viene espulso dal muso: sono state raggiunte velocità di museruola fino a 15 chilometri al secondo. Le pistole senza trafilatura sfogano il gas attraverso la parte posteriore della camera per contrastare le forze di rinculo.

Un’esplosione precursore, che precede l’uscita dello sparo, è seguita dallo scoppio principale quando i gas compressi dietro lo sparo vengono rilasciati. Il colpo viene brevemente superato dal rapido deflusso del gas e quindi può subire un duro imbardata. L’onda d’urto esplosa, viaggiando verso l’esterno ad una velocità maggiore di quella del suono, viene percepita come una sparatoria.

Il calore generato vicino al muso causa il flash, che in grandi cannoni è accompagnato da fiamme. Ai dispositivi possono essere apposti silenziatori per sopprimere esplosione e bagliore disperdendo le onde d’urto, e possono ridurre il rinculo di uno sparo deflettendo il deflusso.

Cos’è una traiettoria

Si tratta del percorso di un tiro soggetto alle forze di gravità, resistenza e sollevamento.

Sotto la sola influenza della gravità, una traiettoria è parabolica. Trascina ritarda il movimento lungo la traiettoria. Al di sotto della velocità del suono, la resistenza è approssimativamente proporzionale al quadrato della velocità; la razionalizzazione della coda del colpo è efficace solo a queste velocità.

A velocità maggiori, un’onda d’urto conica emana dal naso dello sparo. La resistenza, che dipende in gran parte dalla forma del naso, è minima per i colpi finemente appuntiti. La resistenza può essere ridotta espellendo i gas da un bruciatore nella coda.

Le pinne posteriori possono essere utilizzate per stabilizzare i proiettili. La stabilizzazione della rotazione, fornita dalla rigatura, causa oscillazioni giroscopiche in risposta a forze aerodinamiche di caduta. Lo spin insufficiente consente di ruzzolare e impedisce troppo l’immersione dello shot shot mentre attraversa la traiettoria.

La deriva del tiro deriva dal sollevamento, a causa di imbardate, condizioni meteorologiche e rotazione della Terra.

I razzi sono spinti dalla reazione alla quantità di gas efflusso. Il motore è progettato in modo che le pressioni generate siano quasi costanti durante la combustione. I razzi stabilizzati con le pinne sono sensibili ai venti trasversali, in quanto l’imbardata risultante causa un disallineamento di spinta. Due o più ugelli motore inclinati dalla linea di volo possono fornire la stabilizzazione degli spin.

Cosa sono i bersagli

Sono generalmente solidi e vengono definiti spessi o sottili a seconda che l’impatto del tiro sia influenzato o meno dal materiale sottostante. La penetrazione si verifica quando le intensità di stress dell’impatto superano lo sforzo di snervamento del bersaglio; esso causa cedimenti duttili e fragili in bersagli sottili e flusso idrodinamico di materiale in bersagli spessi. I

Il colpo può essere soggetto a guasti simili durante l’impatto. La penetrazione completamente attraverso il bersaglio è chiamata perforazione. I penetratori armati potenziati fanno detonare un esplosivo schiacciato contro il bersaglio o mettono a fuoco esplosivamente un getto di metallo sulla sua superficie.

La balistica della piaga

Si occupa principalmente dei meccanismi e delle implicazioni mediche del trauma causato da proiettili e frammenti esplosivi. Dopo la penetrazione, l’impulso dato ai tessuti circostanti genera una grande cavità temporanea. L’entità della lesione locale è correlata alla dimensione di questa cavità transitoria.

L’evidenza suggerisce che la lesione fisica è proporzionale alla velocità del proiettile cubato, alla sua massa e alla sua area di sezione trasversale. Il potenziale di ferimento di un proiettile aumenta quindi a causa della caduta o della crescita di funghi al momento dell’impatto.

Ulteriori lesioni sono spesso causate da frammenti di ossa colpite che si muovono velocemente. Gli studi sull’armatura del corpo cercano di prevenire la penetrazione del proiettile e ridurre al minimo le lesioni.

 

Stanchi per questi concetti densi? Riposate le membra scegliendo uno di questi film cult da vedere.

Complesso il moto parabolico? Sì, come è complesso il vostro futuro. Ma per entrambi, con pazienza e studio, la soluzione migliore arriva sempre. Molti “dati” in tal senso ve li diamo noi quotidianamente attraverso le molte informazioni che raccogliamo sotto forma di articoli del nostro blog accademico della città dell’Aquila. Se poi avete domande inevase, poi, ce li potrete porre quando vorrete attraverso il nostro form informativo.