Sappiamo che le forze F1 e F2 sono applicate allo stesso punto e che hanno intensità di, rispettivamente, 2 e 5 chilogrammi. Sappiamo la che loro somma ha intensità di 4 kg. Qual è l'intensità della loro differenza? [esercizio non facile; prova a risolverlo e poi guarda la soluzione]
Il problema può essere risolto con tecniche algebriche, in vari modi, ma forse il modo più semplice di affrontarlo è quello di aiutarsi col disegno, cercando prima di stimare il valore della soluzione. Innanzi tutto capiamo che l'angolo tra le direzioni di F1 e di F2 deve essere maggiore di 90° in quanto la loro somma ha intensità minore di quella di F2. Deduciamo, anche, che il vettore differenza (quello indicato col "?") deve avere intensità maggiore del vettore somma. |
Aiutandoci col computer illustriamo la situazione: disegno un cerchio di raggio 5 ed uno di raggio 4 centrati nell'origine, ed uno di raggio 2 centrato in (5,0). L'intersezione degli ultimi due cerchi (il pallino rosso nella figura sotto a sinistra) è la punta del vettore che parte da (5,0) e che è pari al vettore F1.
A questo punto posso tracciare il vettore F2−F1 (la freccia blu nella figura sopra a destra) e calcolarne l'intensità (la lunghezza della freccia).
Le immagini precedenti sono state realizzate con R - vedi - ma potrebbe usarsi altro software.
A destra l'immagine facilmente realizzabile col software online www.wolframalpha.com; vedi qui: circle (-5,0),(5,0),(0,5), circle (-4,0),(0,4),(0,4), circle (3,0),(7,0),(5,2) (i segmenti rossi sono stati tracciati sull'immagine ottenuta col programma) Posso pure usare (x^2+y^2-16)*((x-5)^2+y^2-4)*(x^2+y^2-25)=0 Il triangolo rosso a destra, con la base blu nella figura precedente, è isoscele. Con lo stesso programma trovo il vertice alto del triangolo: x^2+y^2=16, (x-5)^2+y^2=4 ottengo x = 37/10 = 3.7, y = sqrt(231)/10 Il vettore blu termina in x = 6.3, y = -sqrt(231)/10 Il vettore blu è lungo √(6.3^2+2.31) = √42 = 6.480740698... |
I calcoli, sopra fatti con l'aiuto del computer, potevano essere fatti senza di esso. Ecco, sotto, un esempio di come si poteva impiegare R (anche per fare i grafici).
source("http://macosa.dima.unige.it/r.R") ## Figura a sinistra BF=4; HF=3.5 PLANE(-5,7, -5,5) circl(0,0, 4, "blue"); circl(0,0, 5, "red"); circl(5,0, 2, "seagreen") ## Ho tracciato i cerchi. Trovo le coord. del punto rosso, col computer, ## intersecando i cerchi blu e verde. f = function(x) sqrt(16-x^2); g <- function(x) sqrt(4-(x-5)^2) h = function(x) f(x)-g(x); x=solution(h,0, 3,4);x; f(x) # 3.7 1.519868 ## traccio il punto rosso Point(x,f(x), "red") ## Traccio, in rosso, le frecce che rappresentano i vettori F2, F1 e F2+F1 dart(0,0, 5,0, "red"); text(2.5,0.4,"5") dart(5,0, x,f(x), "red") dart(0,0, x-5,f(x), "seagreen"); text(4.5,1.25,"2") dart(0,0, x,f(x), "red"); text(2,1.25,"4") ## Figura a destra ## traccio con una freccia verde il vettore -F1, applicato in (5,0) arrow(5,0, 5-(x-5),-f(x), "seagreen") ## e il vettore F2+(-F1), ossia F2-F1 arrow(0,0, 5-(x-5),-f(x), "blue"); text(2.5,-1,"?") ## Calcolo la lunghezza di questo vettore sqrt((10-x)^2+f(x)^2); (10-x)^2+f(x)^2 # 6.480741 42
Dunque il modulo di F2−F1 è √42 = 6.48074