Calcolatrice di caduta libera (tempo, altezza e velocità d’impatto)

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Risultato

Tempo di caduta2,019 s
Velocità d’impatto19,81 m/s
Velocità d’impatto71,31 km/h
Altezza20 m
Tempo (s)Altezza dal suolo (m)Velocità, positiva verso l’alto (m/s)
0200
0,403919,2−3,962
0,807716,8−7,924
1,21212,8−11,89
1,6157,2−15,85
2,0190−19,81

La resistenza dell’aria è trascurata.

Calcola il moto di un oggetto che cade sotto l’effetto della gravità senza resistenza dell’aria. Inserisci l’altezza di caduta, il tempo di caduta o la velocità d’impatto, e facoltativamente una velocità verticale iniziale, verso l’alto o verso il basso, e la calcolatrice trova gli altri due valori. Per un oggetto lanciato verso l’alto dà anche il punto più alto. Una tabella mostra altezza e velocità durante la caduta, e puoi cambiare g per la Luna o Marte.

Soluzione passo passo

Equazioni del moto con accelerazione costante g

y(t) = h + v₀·t − ½·g·t²
v(t) = v₀ − g·t

Risolvi per le incognite

Considera positivo il verso verso l’alto: 0 = h + v₀·t − ½·g·t²
t = (v₀ + √(v₀² + 2gh))/g = (0 + √(0² + 2·9,81·20))/9,81 = 2,019 s
v = √(v₀² + 2gh) = 19,81 m/s (verso il basso)

Formule chiave

Velocità
v = v0 + a·t
Spostamento
s = v0·t + ½·a·t²
Senza il tempo
v² = v0² + 2·a·s
Unità
1 m/s = 3,6 km/h

Come risolvere i problemi di caduta libera

  1. Scegli un verso positivo. Qui il verso verso l’alto è positivo, quindi l’accelerazione è −g con g = 9,81 m/s² sulla Terra.
  2. Scrivi la posizione come y(t) = h + v₀·t − ½·g·t² e la velocità come v(t) = v₀ − g·t, dove h è l’altezza iniziale dal suolo.
  3. Lasciato cadere da fermo (v₀ = 0), il tempo di caduta è t = √(2h/g) e la velocità d’impatto è v = √(2gh) = g·t.
  4. Con una velocità iniziale, poni y(t) = 0 e risolvi l’equazione quadratica per la radice positiva: t = (v₀ + √(v₀² + 2gh))/g.
  5. Per un oggetto lanciato verso l’alto, il punto più alto si raggiunge quando v = 0: dopo v₀/g secondi, a v₀²/(2g) sopra la partenza.

Domande e risposte

Gli oggetti pesanti cadono più in fretta di quelli leggeri?

Non in assenza di resistenza dell’aria: tutti gli oggetti cadono con la stessa accelerazione g, qualunque sia la loro massa. In aria, gli oggetti leggeri e ampi come le piume cadono più lentamente perché la resistenza è grande rispetto al loro peso.

Quanto tempo ci vuole per cadere da 20 m?

Lasciato cadere da fermo, t = √(2·20/9,81) = 2,02 s, e l’oggetto tocca il suolo a circa 19,8 m/s, ovvero 71 km/h.

Quando posso ignorare la resistenza dell’aria?

Per oggetti compatti e densi su cadute brevi, a velocità molto inferiori alla loro velocità limite. Una persona in caduta raggiunge una velocità limite di circa 55 m/s, quindi per cadute lunghe le formule qui sovrastimano la velocità.

Quale valore di g devo usare?

Di solito 9,81 m/s²; il valore standard è 9,80665 m/s², e il valore reale varia da circa 9,78 all’equatore a 9,83 ai poli. Sulla Luna g è 1,62 m/s² e su Marte 3,71 m/s².

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