Nell'opera Due Nuove Scienze Galilei afferma:
"Per angoli di tiro che siano superiori o inferiori a 45 gradi della stessa quantità, le gittate sono uguali ".

Obiettivo:     verifica dell'affermazione introducendo l'ipotesi che la resistenza dell'aria sia trascurabile.


Per raggiungere l'obiettivo verranno sviluppati i seguenti punti:

1) scrittura e
2) risoluzione delle equazioni del moto col metodo simbolico;
3) grafico del moto tramite tabulazione delle soluzioni e rappresentazione grafica dei punti ottenuti;
4) grafico del moto rappresentando direttamente le soluzioni delle equazioni differenziali;
5) rappresentazione grafica delle soluzioni con, oltre al tempo t, l'angolo α come variabile.

[Graphics:../Images/index_gr_1034.gif]

Le equazioni del moto si scrivono sotto forma scalare:

[Graphics:../Images/index_gr_1035.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_1036.gif]

Stabiliamo le condizioni iniziali: supponiamo che l'origine del  sistema  di riferimento coincida con il punto da cui il proiettile è lanciato ed indichiamo con α l'angolo di gittata e con v0 la velocità iniziale.

[Graphics:../Images/index_gr_1037.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_1038.gif]

Risolviamo le equazioni con il comando DSolve.

[Graphics:../Images/index_gr_1039.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_1040.gif]

Per rappresentare il moto dobbiamo compiere alcune operazioni:

1) introdurre le costanti che caratterizzano in moto (v0, α, g), utilizzando le regole di sostituzione:

[Graphics:../Images/index_gr_1041.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_1042.gif]

sol1 = [Graphics:../Images/index_gr_1043.gif]
sol1[[1]] = [Graphics:../Images/index_gr_1044.gif]

2) poichè, come abbiamo detto prima, la soluzione dell'equazione differenziale è data sotto forma di un vettore, per poterla usare dobbiamo estrarre le due componenti ( x(t) e z(t) ) tenendo conto delle ic; ciò avviene per mezzo della sintassi che segue:

[Graphics:../Images/index_gr_1045.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_1046.gif]



Supponiamo ora di voler tabualare le due componenti per avere un'immagine discreta del moto del proiettile, il comando da utilizzare è Table:

[Graphics:../Images/index_gr_1047.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_1048.gif]

Per una rappresentazione grafica dei punti ottenuti usiamo il comando ListPlot:

[Graphics:../Images/index_gr_1049.gif]

[Graphics:../Images/index_gr_1050.gif]

[Graphics:../Images/index_gr_1051.gif]



Possiamo anche interpretare analiticamente il moto, essendo noto sotto forma parametrica, grazie al comando ParametricPlot. Si noti l'utilizzo del comando Evaluate: senza di esso avremmo ottenuto un "warning message".

[Graphics:../Images/index_gr_1052.gif]

[Graphics:../Images/index_gr_1053.gif]

[Graphics:../Images/index_gr_1054.gif]



Fino ad ora abbiamo considerato un singolo valore di α, mentre per raggiungere l'obbiettivo preposto dobbiamo avere una funzione dipendente dall'angolo e quindi dobbiamo consideralo come una variabile indipendente. Ridefiniamo perciò solo v0 e g ed estraiamo dinuovo dalla soluzione delle equazioni differenziali le due componenti ( x(t) e z(t) ), questa volta in funzione anche di α (si porga l'attenzione all'underscore unito alla variabile α, questo è necessario tutte le volte che si definisce la variabile di una funzione):

[Graphics:../Images/index_gr_1055.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_1056.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_1057.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_1058.gif]

Costruiamo ora una funzione che dipenda da α e tabuli nello stesso tempo le soluzioni x(t) e z(t). Questo insieme di istruzioni incapsulate evita di ripetere le istruzioni una alla volta:

[Graphics:../Images/index_gr_1059.gif]

Osserviamo le tre traiettorie al variare di α da [Graphics:../Images/index_gr_1060.gif] a [Graphics:../Images/index_gr_1061.gif](da 22.5 a 67.5 gradi):

[Graphics:../Images/index_gr_1062.gif]

[Graphics:../Images/index_gr_1063.gif]

[Graphics:../Images/index_gr_1064.gif]

[Graphics:../Images/index_gr_1065.gif]

[Graphics:../Images/index_gr_1066.gif]
[Graphics:../Images/index_gr_1067.gif]

[Graphics:../Images/index_gr_1068.gif]

[Graphics:../Images/index_gr_1069.gif]

Si noti il passaggio di istruzioni:
    1) abbiamo definito una funzione plot1[α_] che, una volta chiamata, disegna (ListPlot) un insieme di oggetti creato dal comando Table che tabula     le due componenti x(t) e z(t) contenute in soleq2[α] rispetto a t;
    2) la stessa plot1[α_] viene a sua volta tabulata per tre valori differenti di α, ottenendo una lista di grafici;
    3) la lista di grafici viene disegnata raggruppata in uno solo con il comando Show.
Le due gittate per 22.5 e 67.5 (45 ± 22.5) sono uguali, confermando l'affermazione di Galileo Galilei.


Converted by Mathematica      May 26, 2003