Vettori e coordinate cartesiane - Etas
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 />
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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 />
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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 />
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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 />
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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 />
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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 />
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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 />
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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 />
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