Il calcolo dei limiti applicati all’energia cinetica

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Esercizio


Nella meccanica classica l’energia cinetica E di una particella di massa m che si muove con velocità v in un sistema inerziale è data dalla funzione


esercizi sui limiti

Nella teoria della relatività ristretta (o speciale) l’energia cinetica ER della stessa particella è data dalla formula

dove c è la velocità della luce nel vuoto e m è la massa a riposo della particella.

a) Verifica che per v ≥ 0 le funzioni EC(v) ed ER(v) sono invertibili, e scrivi le funzioni inverse vC(E) e vR(E).

b) Dopo aver trovato che le funzioni inverse sono 

calcola 

e fornisci un’interpretazione fisica dei limiti trovati.

Soluzione

a)

Dominio delle funzioni

 

Poiché v è il modulo della velocità, v ≥ 0; restringiamo quindi i domini ai valori di v non negativi; entrambe le funzioni EC(v) ed ER(v) sono monotone crescenti, quindi invertibili.

Ricaviamo algebricamente le funzioni inverse:

EC(v)

ER(v)

b)

Calcoliamo i limiti:

Dai limiti vediamo che, mentre nella fisica classica la velocità è illimitata, e quindi una particella, al crescere dell’energia cinetica, può raggiungere una velocità relativa all’osservatore arbitrariamente elevata, e quindi superiore a quella della luce nel vuoto, nella fisica relativistica questo non è possibile: la velocità di una particella non può superare la velocità della luce nel vuoto, che rappresenta quindi una velocità limite.

Limiti: esercizi svolti

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