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Vettori e coordinate cartesiane - Etas

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1<br />

2<br />

<strong>Vettori</strong> e <strong>coordinate</strong> <strong>cartesiane</strong><br />

<strong>Vettori</strong> nel piano cartesiano<br />

Abbiamo già incontrato i vettori e li abbiamo usati per indicare<br />

uno spostamento: se un punto si muove nel piano dalla posizione<br />

A alla posizione B, lo spostamento AB può essere indicato con<br />

il vettore v, caratterizzato da direzione, verso e modulo v.<br />

Ricordiamo che se due vettori hanno uguale direzione, verso e<br />

modulo, sono detti equipollenti.<br />

Abbiamo visto poi che si può moltiplicare un vettore per uno<br />

scalare, ottenere un vettore v dalla somma di altri due vettori e<br />

scomporre un vettore lungo due direzioni qualsiasi.<br />

Se si scompone un vettore nelle direzioni degli assi cartesiani<br />

(fig. 1), si ottengono i vettori componenti v e v . x y<br />

I numeri v e v sono le componenti <strong>cartesiane</strong> del vettore v:<br />

x y<br />

scriviamo v(v ; v ). x y<br />

C’è una relazione tra il fatto che un vettore nel piano cartesiano sia<br />

individuato da una coppia di numeri, le componenti <strong>cartesiane</strong>, e<br />

che anche un punto P(x ; y ) nel piano cartesiano è determinato da<br />

P P<br />

una coppia di numeri, le sue <strong>coordinate</strong> <strong>cartesiane</strong> (fig. 2)?<br />

Se a ogni punto P del piano associamo il vettore OP, che ha coda<br />

nell’origine O e punta in P, vediamo che le <strong>coordinate</strong> <strong>cartesiane</strong><br />

coincidono con le componenti del vettore e il modulo del vet-<br />

2 2 tore v, v = v + v , esprime la distanza di P dall’origine O,<br />

x y<br />

2 2 OP = x + y .<br />

P P<br />

Dunque, una coppia di numeri reali individua nel piano<br />

cartesiano un unico punto P, a cui associamo il vettore OP avente<br />

coda nell’origine e punta in P.<br />

Tuttavia, tutti i vettori tra loro equipollenti hanno le stesse componenti<br />

<strong>cartesiane</strong>: perciò, dati due numeri reali, si individua una<br />

intera classe di vettori, uno solo dei quali ha coda nell’origine O<br />

e individua il punto P (fig. 3).<br />

Definizione Si dice versore di una retta orientata il vettore che ha modulo<br />

1 ed è diretto e orientato come la retta: in figura 4 il vettore v è il versore<br />

della retta r.<br />

Dipendenza o indipendenza lineare<br />

In un piano cartesiano xOy indichiamo con i e j i versori rispettivamente<br />

dell’asse x e dell’asse y: essi hanno componenti <strong>cartesiane</strong><br />

i(1; 0) e j(0; 1) (fig. 5).<br />

Un vettore v è la somma vettoriale dei suoi componenti v , v : x y<br />

v = v + v x y<br />

Figura 5<br />

Strumenti per la fisica<br />

1<br />

© 2011 RCS Libri S.p.A., ETAS - Andreini, Manara, Prestipino, Saporiti - Matematica Controluce<br />

y<br />

y<br />

O<br />

v y<br />

y<br />

1<br />

O<br />

y P<br />

v @y<br />

v @ (3; 2)<br />

1<br />

Figura 4<br />

y<br />

v y<br />

j @<br />

O<br />

i @<br />

v @<br />

v x<br />

v @<br />

v @x<br />

OP<br />

v x<br />

x<br />

Figura 1<br />

x P<br />

x<br />

P(x P; y P)<br />

Figura 2<br />

P(3; 2)<br />

u @ (3; 2)<br />

x<br />

Figura 3<br />

r<br />

¥<br />

v<br />

¥ v = 1<br />

x


Poiché v = v ⋅ i e v = v ⋅ j il vettore v può essere scritto nella forma:<br />

x x y y<br />

v = v ⋅ i + v ⋅ j (5)<br />

x x y<br />

Questa scrittura è associabile per analogia alla combinazione lineare di due equazioni o di<br />

due variabili. Se si moltiplica ciascuna variabile x e y per un coefficiente numerico, e si sommano<br />

i prodotti ottenuti, si ottiene una combinazione lineare di x e y. Per esempio, se i coefficienti<br />

sono 2 e −5, la combinazione lineare a cui danno luogo è espressa da 2x − 5y.<br />

In modo analogo si definisce la combinazione lineare di due vettori.<br />

Definizione Dati i vettori u e v e due coefficienti numerici h e k, il vettore w che si ottiene<br />

nell’espressione w = h ⋅ u + k ⋅ v è detto combinazione lineare di u e v.<br />

Nella (5) vediamo che qualunque vettore può essere scritto come combinazione lineare dei<br />

versori degli assi, e i coefficienti sono le sue stesse componenti.<br />

Come risultato di una combinazione lineare di vettori si può anche ottenere il vettore nullo.<br />

La seguente definizione introduce un criterio di confronto tra i vettori.<br />

Definizione Due vettori si dicono:<br />

linearmente dipendenti se esiste una loro combinazione lineare, fatta con coefficienti<br />

h e k, non contemporaneamente nulli, che dà il vettore nullo;<br />

linearmente indipendenti se ogni combinazione lineare con coefficienti non nulli è<br />

diversa dal vettore nullo.<br />

ESEMPI<br />

1. Date le componenti <strong>cartesiane</strong> (2; 4) del vettore a e<br />

(−3; 1) del vettore b (fig. 6), calcoliamo le componenti<br />

del vettore v, somma di a e b.<br />

Possiamo disegnare i vettori a partire da un qualsiasi<br />

y<br />

punto del piano, ma per comodità li trasportiamo in<br />

modo che abbiano la coda nell’origine degli assi.<br />

Sappiamo tracciare graficamente il vettore somma<br />

v<br />

con la regola del parallelogrammo o con il metodo<br />

punto-coda.<br />

b<br />

Per calcolare le componenti <strong>cartesiane</strong> del vettore<br />

somma scriviamo i vettori a e b come combinazione<br />

lineare dei versori degli assi cartesiani:<br />

1<br />

a = 2i + 4j e b = −3i + 1j<br />

La somma dei due vettori<br />

a + b = (2i + 4j ) + (−3i + j ) = per la proprietà commutativa e distributiva<br />

= (2 − 3) ⋅ i + (4 + 1) ⋅ j = −1⋅ i + 5j<br />

Nell’ultima scrittura vediamo le componenti (−1; 5) del vettore somma v.<br />

2. Dati nel piano i punti A(2; −3) e B(−2; 2) (fig. 7), i vettori OA e OB sono linearmente<br />

dipendenti o indipendenti?<br />

Per rispondere scriviamo ciascuno dei vettori OA, OB come combinazione lineare dei<br />

versori degli assi:<br />

OA = 2 ⋅ i − 3 ⋅ j OB = −2 ⋅ i + 2 ⋅ j<br />

2<br />

© 2011 RCS Libri S.p.A., ETAS - Andreini, Manara, Prestipino, Saporiti - Matematica Controluce<br />

a<br />

x<br />

Figura 6


Facciamo una generica combinazione lineare dei due<br />

vettori:<br />

h ⋅ OA + k ⋅ OB = h(2 ⋅ i − 3 ⋅ j ) + k(−2 ⋅ i + 2 ⋅ j )<br />

e riscriviamola come un nuovo vettore:<br />

h ⋅ OA + k ⋅ OB = (2h − 2k)i + (−3h + 2k)j<br />

che ha componenti v = (2h − 2k) e v = (−3h + 2k)<br />

x y<br />

Cerchiamo i valori di h e k che rendono uguali a zero le<br />

A<br />

componenti del vettore combinazione lineare; li ottenia-<br />

2h − 2k = 0<br />

mo risolvendo il sistema: {<br />

Figura 7<br />

− 3h + 2k = 0<br />

Poiché l’unica coppia di valori che soddisfa il sistema è la coppia (0; 0), possiamo concludere<br />

che OA e OB sono linearmente indipendenti.<br />

3. Sono dati nel piano cartesiano i vettori a(− 2; 3) e<br />

b(1; −1,5) (fig. 8). Verifichiamo che sono linearmente<br />

dipendenti.<br />

Come nell’esercizio precedente scriviamo una combinazione<br />

lineare dei due vettori:<br />

h(−2 ⋅ i + 3 ⋅ j ) + k(1 ⋅ i − 1,5 ⋅ j ) Æ<br />

Æ (−2h + k)i + (3h − 1,5k ⋅ j<br />

− + =<br />

Il sistema corrispondente è: { − =<br />

Il sistema è indeterminato e le sue soluzioni sono infinite: tutte le coppie del tipo (h; 2h).<br />

Esiste quindi una combinazione lineare dei due vettori con i coefficienti non nulli che<br />

dà il vettore nullo, per esempio, prendendo h = 1 e k = 2, si ottiene:<br />

a + 2b = (−2 + 2)i + (3 − 3)j = 0<br />

I coefficienti non sono nulli, ma la combinazione lineare è nulla. I vettori sono quindi<br />

linearmente dipendenti; come si vede nella figura 19, essi hanno la stessa direzione.<br />

2 0<br />

a<br />

0,5<br />

b<br />

h k<br />

3h 1, 5k 0<br />

1<br />

x<br />

Figura 8<br />

I risultati ottenuti nell’ultimo esempio suggeriscono una relazione tra dipendenza lineare e<br />

parallelismo delle direzioni dei vettori. Indaghiamo tale relazione, generalizzando.<br />

Esprimiamo innanzitutto la relazione tra le componenti che caratterizza due vettori di uguale<br />

direzione.<br />

Per le rette, abbiamo visto che la condizione perché due rette siano parallele è che abbiano<br />

i coefficienti angolari uguali, cioè, se sono in forma implicita, che i coefficienti di x e y<br />

siano in proporzione.<br />

In simboli, le rette r: ax + by = c e s: a ′x + b′y + c′ risultano parallele se<br />

a b<br />

, cioè se:<br />

a′<br />

b<br />

ab′ =a ′b Æ ab′ −a ′b = 0<br />

L’ultima espressione prende il nome di determinante dei quattro coefficienti a, a ′, b, b′,<br />

che si scrivono abitualmente nella forma di tabella 2 × 2, come appaiono nel sistema delle<br />

due rette:<br />

a b<br />

a′ b′<br />

= ′<br />

3<br />

© 2011 RCS Libri S.p.A., ETAS - Andreini, Manara, Prestipino, Saporiti - Matematica Controluce<br />

B<br />

b<br />

y<br />

y<br />

1<br />

O<br />

1<br />

a<br />

x


Con i simboli che abbiamo introdotto nel metodo di Cramer per la risoluzione dei sistemi,<br />

possiamo scrivere la condizione di parallelismo tra rette facendo riferimento all’annullamento<br />

del determinante dei coefficienti delle rette:<br />

Allo stesso modo, due vettori a(a x ; a y ) e b(b x ; b y ) hanno la stessa direzione se formiamo con<br />

le loro componenti <strong>cartesiane</strong> una analoga tabella 2 × 2, di cui si annulla il determinante:<br />

Si può dimostrare che:<br />

due vettori di ugual direzione sono sempre linearmente dipendenti e viceversa, se due vettori<br />

sono linearmente dipendenti, hanno uguale direzione.<br />

ESEMPI<br />

a b<br />

a′ b′<br />

a a<br />

x y<br />

b b<br />

x y<br />

1. Verifichiamo che i vettori a(3; 2) e b(− 6; − 4) sono linearmente dipendenti.<br />

Scriviamo il determinante delle loro componenti:<br />

3 2<br />

−6 −4<br />

= ab′ − a′ b = 0<br />

= ab − ab = 0<br />

x y y x<br />

= −12 −( − 12) = 0<br />

Dal momento che il determinante risulta nullo, allora i vettori hanno la stessa direzione,<br />

perciò sono linearmente dipendenti. Se, infatti, scriviamo una loro combinazione lineare:<br />

c = (3i + 2j ) + k(−6i − 4j )<br />

vediamo che risulta c = 0 per k = . Osservando le componenti dei due vettori, vediamo<br />

che quelle del vettore b sono ottenute da quelle di a moltiplicandole per il fattore –2.<br />

3<br />

2<br />

2. Generalizziamo e consideriamo due vettori aventi la stessa direzione, per esempio:<br />

a = a ⋅ i − 2a ⋅ j e b = −2a ⋅ i + 4a ⋅ j<br />

x y x y<br />

Una loro combinazione lineare con i coefficienti non nulli è: 2 ⋅ a + b. Calcolando la<br />

somma otteniamo: (2a ⋅ i − 4a ⋅ j ) + (2a ⋅ i + 4a ⋅ j ) = (2 − 2)a ⋅ i + (−4 + 4)a ⋅ j = 0<br />

x y x y x y<br />

Abbiamo quindi una combinazione lineare nulla, con i coefficienti diversi da zero: i due<br />

vettori sono quindi linearmente dipendenti, per qualsiasi valore di a e a . x y<br />

3. Verifichiamo se le rette r: −2x + y = 1 e s: x − 5y = 4<br />

sono parallele.<br />

I coefficienti −2, 1, 1, −5, non sono in proporzione:<br />

perciò le rette non sono parallele. Il sistema<br />

delle loro equazioni:<br />

− + =<br />

{ − =<br />

ha soluzione P(−1; −1), come si vede in figura 9.<br />

2 1<br />

−2 ≠<br />

1<br />

1 −5<br />

x y<br />

x 5y 4<br />

,<br />

4 © 2011 RCS Libri S.p.A., ETAS - Andreini, Manara, Prestipino, Saporiti - Matematica Controluce<br />

P<br />

y<br />

1<br />

1<br />

-2x + y = 1<br />

x - 5y = 4<br />

x<br />

Figura 9


3<br />

Prodotto scalare e prodotto vettoriale<br />

Definiamo ora due nuove operazioni con i vettori, relative<br />

al prodotto di due vettori.<br />

1. Il prodotto scalare di due vettori a e b è un numero,<br />

dato dal prodotto dei moduli dei due vettori, moltiplicati<br />

per il coseno dell’angolo α compreso tra di essi.<br />

In simboli, si indica con ×:<br />

ESEMPIO<br />

1. Sapendo che i vettori a e b hanno modulo a = 10 e b = 8, e che l’angolo tra essi compreso<br />

misura 30°, calcoliamo il prodotto scalare a × b.<br />

Il prodotto scalare è a ⋅ b = a ⋅ b ⋅ cos 30° = 10 ⋅ 8<br />

Osservazioni<br />

a × b = a ⋅ b ◊ cos a<br />

1. Il prodotto scalare di due vettori risulta uguale a zero, a × b = 0:<br />

se almeno uno dei vettori è il vettore nullo;<br />

se cos α =0, cioè se α =90°: questo accade se i due vettori sono tra loro perpendicolari.<br />

In particolare, nel piano cartesiano vale i × j = 0 perché i versori degli assi sono perpendicolari.<br />

2. Il prodotto scalare è semplicemente il prodotto dei moduli, a × b = a ⋅ b, quando<br />

cos α =1, cioè se α =0°, e i vettori sono paralleli.<br />

In particolare i × i = j × j = 1.<br />

Calcoliamo ora il prodotto scalare a partire dalle componenti <strong>cartesiane</strong> dei vettori a(a ; a ) x y<br />

e b(b ; b ) . Scriviamo:<br />

x y<br />

a × b = (a ⋅ i + a ⋅ j ) × (b ⋅ i + b ⋅ j )<br />

x y x y<br />

Applichiamo la proprietà distributiva:<br />

(a x ⋅ i + a y ⋅ j ) × (b x ⋅ i + b y ⋅ j ) = a x b x i × i + a x b x i × j + a x b x i × j + a x b x j × j<br />

Poiché i × j = 0 e i × i = j × j = 1, abbiamo infine:<br />

a × b = a x b x + a y b y<br />

A parole: il prodotto scalare di due vettori è un numero, dato dalla somma dei prodotti delle<br />

componenti lungo lo stesso asse dei due vettori.<br />

5 © 2011 RCS Libri S.p.A., ETAS - Andreini, Manara, Prestipino, Saporiti - Matematica Controluce<br />

3<br />

2<br />

= 40 3.<br />

b<br />

a<br />

b cosa<br />

a<br />

Figura 10<br />

(6)


ESEMPI<br />

1. Calcoliamo il prodotto scalare dei vettori a(3; 2) e b(1; 5)<br />

sapendo che l’angolo formato dalle direzioni dei due vettori<br />

è di 45° in figura 11.<br />

Se applichiamo la (6), è: a × b = 3 ⋅ 1 + 2 ⋅ 5 = 13.<br />

Se applichiamo la definizione di prodotto scalare abbiamo:<br />

2 2 2 2<br />

ab cos 45∞ = 3 + 2 ⋅ 1 + 5 ⋅ cos 45∞ = 13 ⋅ 26 ⋅<br />

2<br />

= 13<br />

2<br />

2. Calcoliamo il prodotto scalare tra i vettori a(3; 0) e<br />

b(−3; 3) (fig. 12).<br />

Usando le componenti dei vettori cioè la (1), si ottiene:<br />

a × b = 3 ⋅ (−3) + 0 ⋅ 3 = −9<br />

Questo prodotto risulta negativo, vediamo perché. Dal<br />

b<br />

1 135°<br />

1 a x<br />

momento che il prodotto scalare si ottiene anche moltiplicando<br />

i moduli di a e b per il coseno dell’angolo compreso<br />

tra i due vettori, possiamo scrivere a ⋅ b ⋅ cos α = −9.<br />

Figura 12<br />

Dal risultato negativo, poiché i moduli sono sempre numeri non negativi, deduciamo che<br />

è cos α 0 f. a ↔ b = a<br />

In ciascuno dei casi, cosa puoi dedurre?<br />

2. Dimostra in base alla definizione che il prodotto scalare è un’operazione commutativa, ma<br />

non è associativa.<br />

6 © 2011 RCS Libri S.p.A., ETAS - Andreini, Manara, Prestipino, Saporiti - Matematica Controluce<br />

2<br />

2<br />

Figura 13<br />

⎞<br />

9<br />

⎠<br />

⎟ = −<br />

b<br />

y<br />

b<br />

y<br />

1<br />

y<br />

1<br />

O<br />

a<br />

x<br />

Figura 11<br />

1<br />

a<br />

x


2. Il prodotto vettoriale di due vettori v e w è invece un vettore t, e si indica con ∧:<br />

t = v ∧ w<br />

Esso però non è nello stesso piano dei due vettori v e w.<br />

Per comprendere come è fatto, dobbiamo darne modulo, direzione e verso:<br />

il modulo di t è dato da t = vw ⋅ sen α;<br />

la direzione è perpendicolare al piano che contiene i vettori v e w;<br />

il verso è indicato dall’avanzamento di una vite destrorsa, se si ruota dal primo al secondo<br />

vettore: è verso l’alto se la rotazione avviene in senso antiorario, è verso il<br />

basso se avviene in senso orario (regola della mano destra) (fig. 14.a, b).<br />

ESEMPIO<br />

v Ÿ w<br />

v<br />

Figura 14.a<br />

Dalla definizione di prodotto vettoriale deduciamo che esso non è commutativo: infatti, il<br />

vettore v ∧ w ha la stessa direzione e modulo del vettore w ∧ v, ma ha verso opposto:<br />

v ∧ w = −w ∧ v<br />

1. Sapendo che i vettori v e w in figura 15 hanno modulo v = 8<br />

e w = 10, e che l’angolo tra essi compreso misura 30°, descrivere<br />

il prodotto vettoriale v ∧ w.<br />

Il prodotto vettoriale è un vettore t, avente modulo:<br />

t = 10 ⋅8⋅ 30 = 10 ⋅8⋅ =<br />

1<br />

sen ∞<br />

40<br />

2<br />

direzione perpendicolare al piano di v e w, verso determinato<br />

dalla regola della mano destra.<br />

w<br />

La trattazione generale dell’operazione di prodotto vettoriale sarà ripresa nel secondo biennio<br />

liceale; ora esaminiamone un caso particolare, considerando due vettori che appartengono al<br />

piano xOy, di componenti <strong>cartesiane</strong> v e v per il vettore v, e w , w per il vettore w.<br />

x y x y<br />

Il modulo del vettore t = v ∧ w è dato dal valore assoluto del determinante delle componenti:<br />

v v<br />

x y<br />

t = = ⏐vw − vw ⏐<br />

x y y x<br />

w w<br />

x y<br />

Figura 14.b<br />

Dalla definizione possiamo dedurre che per due vettori che appartengono al piano xOy:<br />

il prodotto vettoriale è un vettore che ha solo la componente verticale lungo l’asse z;<br />

se i vettori v e w sono perpendicolari, il modulo del prodotto vettoriale è il prodotto dei<br />

moduli dei due vettori;<br />

se v e w sono linearmente dipendenti, il loro prodotto vettoriale è nullo.<br />

7 © 2011 RCS Libri S.p.A., ETAS - Andreini, Manara, Prestipino, Saporiti - Matematica Controluce<br />

w Ÿ v<br />

v<br />

30°<br />

w<br />

b<br />

a<br />

Figura 15


Osservazione<br />

Se il prodotto vettoriale di due vettori non nulli è nullo, allora i vettori da cui proviene il<br />

prodotto vettoriale hanno la stessa direzione. Questo discende dal calcolo del modulo del<br />

prodotto vettoriale: se il determinante delle componenti è nullo, vale la condizione di parallelismo<br />

tra i vettori.<br />

ESEMPI<br />

1. Calcoliamo il prodotto vettoriale di v = −2i e w = 2 3 j.<br />

I due vettori sono perpendicolari, il primo orizzontale e il secondo verticale: il loro prodotto<br />

vettoriale v ∧ w è un vettore perpendicolare al piano xOy, con modulo uguale a<br />

4 3, orientato verso il basso.<br />

2. Mostriamo geometricamente che il modulo del prodotto<br />

vettoriale è uguale all’area del parallelogrammo<br />

che ha per lati i due vettori (fig. 16).<br />

w wsena<br />

Disegniamo due vettori qualsiasi v e w e consideriamo<br />

il modulo del prodotto vettoriale v ⋅ w sen α<br />

a<br />

come prodotto di v per w sen α. Se disegniamo il<br />

v<br />

parallelogrammo, vediamo che v è la base e il prodotto<br />

w sen α è l’altezza del parallelogrammo: il<br />

Figura 16<br />

modulo del prodotto vettoriale coincide quindi con<br />

l’area del parallelogrammo.<br />

Se i vettori sono paralleli, α vale 0° o 180°: il parallelogrammo è degenere e l’area è<br />

nulla.<br />

8 © 2011 RCS Libri S.p.A., ETAS - Andreini, Manara, Prestipino, Saporiti - Matematica Controluce


ESERCIZI<br />

<strong>Vettori</strong> e <strong>coordinate</strong> <strong>cartesiane</strong><br />

1<br />

2<br />

3<br />

4<br />

5<br />

6<br />

7<br />

8<br />

Vero o falso?<br />

a. Il prodotto scalare tra due vettori a e b<br />

che formano tra loro un angolo α<br />

è un vettore avente modulo uguale<br />

a a ⋅ b ⋅ cos α.<br />

V<br />

b. Se due vettori a e b hanno verso<br />

opposto, il loro prodotto scalare<br />

è uguale a –a ⋅ b.<br />

V<br />

c. Il prodotto scalare tra due vettori<br />

a e b è nullo solo se uno dei due<br />

vettori è nullo.<br />

V<br />

d. Il prodotto di due vettori equipollenti<br />

è uno scalare uguale al prodotto<br />

dei moduli dei due vettori.<br />

Calcolare il modulo dei vettori: a(−3; 4) e<br />

b(5; −12). [5; 13]<br />

Calcolare il prodotto scalare dei vettori:<br />

a(−2; −1) e b(6; 3). [–15]<br />

Determinare il valore di k in modo che i vettori<br />

a(5; −4) e b(2; k − 1) abbiano prodotto<br />

scalare nullo. [3,5]<br />

Disegnare tre vettori linearmente indipendenti<br />

di modulo 5.<br />

Dati i vettori a, b e c in figura, indicare quali<br />

sono linearmente dipendenti.<br />

y<br />

a<br />

1<br />

b<br />

1<br />

[S]<br />

Calcolare il prodotto scalare dei vettori a e b<br />

sapendo che a = 2 3, b = 3, α = 120∞.<br />

⎡⎣ −3<br />

3 ⎤⎦ Sapendo che il prodotto scalare<br />

a × b = 10, a = 3 2 e α = 45∞<br />

calcolare il modulo del vettore b.<br />

⎡10<br />

⎤<br />

⎣⎢ 3 ⎦⎥<br />

c<br />

x<br />

V<br />

F<br />

F<br />

F<br />

F<br />

Calcolare il prodotto scalare dei vettori a e b<br />

in figura.<br />

y<br />

1<br />

x<br />

Indicare se le seguenti affermazioni sono vere<br />

o false:<br />

a. a × b = −8<br />

V F<br />

b. a × b = b × a<br />

c. I due vettori sono perpendicolari:<br />

V F<br />

il loro prodotto scalare è nullo.<br />

d. I vettori in figura sono linearmente<br />

V F<br />

dipendenti.<br />

V F<br />

Sapendo che il lavoro L, misurato in joule<br />

(J), compiuto da una forza F applicata a un<br />

corpo che subisce uno spostamento s è il<br />

prodotto scalare tra F e s, rispondere alle<br />

seguenti domande:<br />

a. qual è il lavoro compiuto da una forza che<br />

ha modulo F = 20 N, per trascinare di 10 m<br />

una valigia dotata di ruote, parallelamente<br />

al suolo?<br />

b. qual è il lavoro compiuto da una forza di<br />

10 N per sollevare un oggetto da terra fino<br />

a 2 m? [a. 200 J; b. 0]<br />

Il prodotto vettoriale è un prodotto tra:<br />

a due vettori con risultato uguale a un vettore<br />

b un vettore e uno scalare con risultato uguale<br />

a un vettore<br />

c due vettori con risultato uguale a uno scalare<br />

d un vettore e uno scalare con risultato uguale<br />

a uno scalare<br />

Vero o falso?<br />

a. Il prodotto vettoriale gode della<br />

proprietà commutativa.<br />

b. Il prodotto vettoriale di due vettori<br />

perpendicolari è nullo.<br />

c. Il modulo del vettore prodotto<br />

vettoriale può essere negativo.<br />

d. Il prodotto di due vettori<br />

equipollenti è nullo.<br />

Nel piano cartesiano sono dati due vettori<br />

v(3; –2) e w(2; –1). Calcolare il modulo del<br />

prodotto vettoriale di v e w. [1]<br />

9 © 2011 RCS Libri S.p.A., ETAS - Andreini, Manara, Prestipino, Saporiti - Matematica Controluce<br />

9<br />

10<br />

11<br />

12<br />

13<br />

1<br />

a b<br />

V<br />

V<br />

V<br />

V<br />

F<br />

F<br />

F<br />

F


14 Nel piano cartesiano sono dati i vettori 18<br />

Sono dati due vettori v 2; 1 e w(2; k).<br />

v(–5; 0) e w(0; 4) . Descrivere il vettore Determinare il valore di k in modo che il<br />

t = w ∧ v. prodotto vettoriale tra v e w abbia modu-<br />

[t = 20; direzione perpendicolare<br />

lo 10.<br />

al piano di v e w; verso il basso]<br />

⎡<br />

⎣6<br />

2, −4<br />

2 ⎤<br />

⎦<br />

15<br />

16<br />

17<br />

Dati i vettori v e w in figura, descrivere il<br />

vettore t = w ∧ v.<br />

y<br />

v<br />

1<br />

w<br />

1 x<br />

[t = 6; direzione perpendicolare<br />

al piano di v e w; verso l’alto]<br />

Dati i vettori v e w in figura, siano t e u i vettori<br />

t = w ∧ v e u = w ∧ v. Indicare se è vero<br />

o falso che:<br />

a. il modulo di t vale –8 e quello<br />

di u vale +8.<br />

V F<br />

b. t e u hanno lo stesso modulo. V F<br />

c. t e u hanno la stessa direzione. V F<br />

d. t e u hanno lo stesso verso.<br />

y<br />

V F<br />

1<br />

v<br />

1<br />

w<br />

x<br />

L’angolo compreso tra v e w è di 45° e il<br />

modulo di v è v = 4. Qual è il valore di w se<br />

il modulo di t = w ∧ v, vale 8?<br />

w =<br />

⎡⎣<br />

⎤ ⎦<br />

2 2<br />

I due vettori v e w hanno modulo v = 12 e<br />

3<br />

w = e il prodotto vettoriale di v e w ha<br />

6<br />

modulo 3: qual è l’ampiezza dell’angolo<br />

compreso tra i due vettori? [60°, 120°]<br />

Il momento M di una forza F applicata a un<br />

corpo in un punto P che dista r da un punto<br />

vincolato O, è il prodotto vettoriale tra F e<br />

r. Possiamo dire allora che M ha direzione<br />

parallela a F?<br />

[S]<br />

Per entrare in un negozio si<br />

deve passare in un tornello,<br />

costituito da un’asta di metallo<br />

orizzontale vincolata in<br />

un estremo, che permette il<br />

passaggio di una sola persona per volta. Se<br />

si applica sull’estremo libero una forza di<br />

3 N in orizzontale, in un punto che dista<br />

80 cm dal centro di rotazione del tornello,<br />

quanto vale il momento della forza?<br />

[2,4 N ⋅ m]<br />

Per far ruotare una girandola di carta che ha<br />

raggio 12 cm, si applica una forza di 0,5 N<br />

a un estremo, perpendicolarmente al raggio:<br />

quanto vale il momento della forza?<br />

[0,06 N ⋅ m]<br />

10 © 2011 RCS Libri S.p.A., ETAS - Andreini, Manara, Prestipino, Saporiti - Matematica Controluce<br />

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