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velocità angolare o pulsazione (gradi /s oppure rad/s) (angolo ...

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V<br />

A = AMPIEZZA =<br />

lunghezza di V<br />

A<br />

ALTERNATA<br />

Proiezione di V<br />

X<br />

Angolo tra V e asse x: = 0°<br />

0<br />

ISTANTE t = 0<br />

<strong>velocità</strong> <strong>angolare</strong><br />

o <strong>pulsazione</strong> (<strong>g<strong>rad</strong>i</strong> /s<br />

<strong>oppure</strong> <strong>rad</strong>/s)<br />

(<strong>angolo</strong> percorso da V<br />

in un intervallo di<br />

tempo)<br />

DEVE ESSERE<br />

COSTANTE<br />

1<br />

t


V<br />

A = AMPIEZZA =<br />

lunghezza di V<br />

Angolo tra V e asse x : = 30°<br />

t 1<br />

=30°<br />

0<br />

ALTERNATA<br />

Proiezione di V<br />

X<br />

t 1<br />

ISTANTE t = t 1<br />

2<br />

t


V<br />

A = AMPIEZZA =<br />

lunghezza di V<br />

=60°<br />

Angolo tra V e asse x : = 60°<br />

t 2<br />

0<br />

ALTERNATA<br />

Proiezione di V<br />

X<br />

t 1<br />

t 2<br />

ISTANTE t = t 2<br />

3<br />

t


V<br />

A = AMPIEZZA =<br />

lunghezza di V<br />

=90°<br />

0<br />

ALTERNATA<br />

Proiezione di V<br />

X<br />

Angolo tra V e asse x : = 90°<br />

t 3= 90°/(T/4)=360°/T= /T<br />

t 1 t 2 t 3 = T/4<br />

A = AMPIEZZA =<br />

lunghezza di V<br />

ISTANTE t = t 3 = T/4<br />

4<br />

t


V<br />

A = AMPIEZZA =<br />

lunghezza di V<br />

=120°<br />

Angolo tra V e asse x : = 120°<br />

t 4<br />

0<br />

ALTERNATA<br />

Proiezione di V<br />

X<br />

t 1 t 2 t 3 = T/4 t 4<br />

ISTANTE t = t 4<br />

5<br />

t


V<br />

A = AMPIEZZA =<br />

lunghezza di V<br />

=150°<br />

0<br />

ALTERNATA<br />

Proiezione di V<br />

Angolo tra V e asse x : = 150°<br />

t 5<br />

X<br />

t 1 t 2 t 3 = T/4 t 4 t 5<br />

ISTANTE t = t 5<br />

6<br />

t


V<br />

A = AMPIEZZA =<br />

lunghezza di V<br />

=180°<br />

Proiezione di V<br />

X<br />

Angolo tra V e asse x : = 180°<br />

0<br />

ALTERNATA<br />

t 1=180°/(T/2)=360°/T= /T<br />

Semionda positiva<br />

t 1 t 2 t 3 = T/4 t 4 t 5 t 6 = T/2<br />

ISTANTE t = t 6 = T/2<br />

7<br />

t


V<br />

A = AMPIEZZA =<br />

lunghezza di V<br />

=210°<br />

Angolo tra V e asse x : = 210°<br />

t 7<br />

ALTERNATA<br />

Proiezione di V<br />

X<br />

t 6<br />

t 7<br />

ISTANTE t = t 7<br />

8<br />

t


V<br />

A = AMPIEZZA =<br />

lunghezza di V<br />

=240°<br />

ALTERNATA<br />

Proiezione di V<br />

Angolo tra V e asse x : = 240°<br />

t 8<br />

X<br />

t 6<br />

t 7<br />

t 8<br />

ISTANTE t = t 8<br />

9<br />

t


V<br />

A = AMPIEZZA =<br />

lunghezza di V<br />

=270°<br />

ALTERNATA<br />

Proiezione di V<br />

X<br />

Angolo tra V e asse x : = 270°<br />

t 9=270°/(3T/4)=360°/T =<br />

t 6<br />

t 7<br />

t 8<br />

t 9 = 3T/4<br />

AMPIEZZA =<br />

lunghezza di V<br />

ISTANTE t = t 9 = 3T/4<br />

10<br />

t


V<br />

A = AMPIEZZA =<br />

lunghezza di V<br />

=300°<br />

Angolo tra V e asse x : = 300°<br />

t 10<br />

ALTERNATA<br />

Proiezione di V<br />

X<br />

t 6<br />

t 7<br />

t 8<br />

t 9 = 3T/4<br />

t 10<br />

ISTANTE t = t 10<br />

11<br />

t


V<br />

A = AMPIEZZA =<br />

lunghezza di V<br />

=330°<br />

Angolo tra V e asse x : = 330°<br />

t 11<br />

ALTERNATA<br />

Proiezione di V<br />

X<br />

t 6<br />

t 7<br />

t 8<br />

t 9 = 3T/4<br />

t 10<br />

t 11<br />

ISTANTE t = t 11<br />

12<br />

t


V<br />

A = AMPIEZZA =<br />

lunghezza di V<br />

=360°<br />

ALTERNATA<br />

Proiezione di V<br />

Angolo tra V e asse x : = 360° =2<br />

T<br />

X<br />

t 6<br />

t 7<br />

t 8<br />

t 9 = 3T/4<br />

Semionda negativa<br />

ISTANTE t = t 12= T<br />

t 10 t 11 t12 = T<br />

13<br />

t


Proiezione di<br />

V<br />

t 1 t 2 t 3 = T/4 t 4 t5 t 6 = T/2<br />

LE DUE SEMIONDE<br />

(POSITIVA E NEGATIVA)<br />

INSIEME FORMANO<br />

UNA ALTERNANZA<br />

RIEPILOGO<br />

t 7<br />

t 8<br />

t 9 = 3T/4<br />

t 10<br />

t 11<br />

T T = PERIODO<br />

t 12 = T<br />

T = è l’intervallo di tempo che occorre al<br />

vettore V per effettuare un giro<br />

completo (2 del cerchio<br />

trigonometrico<br />

T = è anche l’intervallo di tempo che<br />

occorre per descrivere le semionde<br />

14


LA FREQUENZA<br />

ESEMPIO: Supponiamo che questo intervallo di tempo duri 1 secondo;<br />

Domanda: quante alternanze vi sono contenute?<br />

Risposta: 8<br />

DEFINIZIONE DI FREQUENZA:<br />

è il numero di alternanze contenute in 1 secondo<br />

UNITA’ DI MISURA DELLA FREQUENZA: HERTZ (Hz)<br />

Nell’esempio precedente la frequenza è 8 Hz.<br />

T<br />

15<br />

t


ESERCIZI<br />

1. Una sinusoide presenta un periodo T = 1 ms. Quante<br />

alternanze ci sono in un secondo (cioè la frequenza)?<br />

Soluzione: siccome un secondo è formato da 1000 ms,<br />

vuol dire che in un secondo entrano 1000 alternanze.<br />

Quindi la frequenza vale f = 1000 Hz.<br />

2. Una sinusoide presenta una frequenza di 50 Hz.<br />

Quanto vale il suo periodo T?<br />

Soluzione: 50 Hz significa che la sinusoide presenta 50<br />

alternanze in 1 secondo. Quindi per conoscere il<br />

periodo T occorre dividere l’intervallo di 1 secondo<br />

in 50 parti. T = 1/50 = 0,02 s = 0,02*1000 ms = 20<br />

ms.<br />

16


FORMULE TRA PERIODO E FREQUENZA<br />

Nel secondo esercizio appena eseguito<br />

abbiamo ricavato con un semplice<br />

ragionamento una relazione tra periodo<br />

“T” e frequenza “f”.<br />

Possiamo generalizzarla.<br />

• T = 1/f<br />

• f = 1/T<br />

• ATTENZIONE: se T è in secondi f è in<br />

Hertz<br />

17


FORMULE TRA PERIODO, FREQUENZA E PULSAZIONE<br />

Troviamo ora un’ultima formula.<br />

Sappiamo già che: =2 / T (<strong>rad</strong>/s)<br />

Siccome abbiamo ricavato che: T = 1/f, possiamo<br />

sostituire questa formula in quella della<br />

<strong>pulsazione</strong>. Otteniamo quindi:<br />

2<br />

T<br />

2<br />

1<br />

f<br />

2<br />

f<br />

1<br />

2<br />

f<br />

18


FASE INIZIALE: (il vettore V è disegnato nella sua posizione all’istante t = 0)<br />

= 30°<br />

X<br />

= 60°<br />

X<br />

X<br />

= 90°<br />

In queste tre figure<br />

abbiamo il vettore V<br />

in posizioni angolari<br />

diversi all’istante<br />

t=0.<br />

Nella prima figura il<br />

vettore V forma un<br />

<strong>angolo</strong> iniziale di<br />

30°, nella seconda<br />

un <strong>angolo</strong> di 60°,<br />

nella terza un<br />

<strong>angolo</strong> di 90°.<br />

Le tre sinusoidi<br />

iniziano da un<br />

valore che non è<br />

zero, ma deve<br />

essere calcolato con<br />

la trigonometria.<br />

19


FASE INIZIALE: (il vettore V è disegnato nella sua posizione all’istante t=0)<br />

= 180°<br />

= 270°<br />

X<br />

X<br />

In queste ultime due<br />

figure abbiamo il<br />

vettore V che forma<br />

un <strong>angolo</strong> iniziale di<br />

180° ed uno di 270°.<br />

DEFINIZIONE: l’<strong>angolo</strong> che il vettore V forma con l’asse x all’istante t =0, è<br />

chiamato FASE INIZIALE<br />

20


0,5<br />

0,866<br />

In questi ragionamenti<br />

supponiamo che V abbia<br />

una lunghezza A = 1<br />

X<br />

X<br />

FORMULA DELLE SINUSOIDI<br />

= 30°<br />

= 60°<br />

Consideriamo ora alcune situazioni.<br />

1. Quando il vettore V ha una fase iniziale = 0° ,<br />

la sua proiezione sull’asse y è zero.<br />

2. Quando il vettore V ha una fase iniziale = 30° ,<br />

la sua proiezione sull’asse y è sen(30°) = 0,5.<br />

3. Quando il vettore V ha una fase iniziale = 60° ,<br />

la sua proiezione sull’asse y è sen(60°) = 0,866.<br />

4. Quando il vettore V ha una fase iniziale = 90° ,<br />

la sua proiezione sull’asse y è sen(90°) = 1.<br />

21


0,5<br />

0,64<br />

t = 0<br />

X<br />

X<br />

= 30°<br />

FORMULA DELLE SINUSOIDI<br />

= 40°<br />

Per ricavare la formula supponiamo che la<br />

fase iniziale sia = 30°.<br />

Supponiamo che il vettore V abbia una<br />

<strong>pulsazione</strong> 10°/s.<br />

Ciò significa che il vettore percorre un<br />

<strong>angolo</strong> di 10° al secondo.<br />

Ci possiamo ora chiedere quale sia<br />

l’<strong>angolo</strong> che forma il vettore V (con<br />

l’asse x) ad un istante qualsiasi.<br />

1. All’istante t=1 s l’<strong>angolo</strong> sarà 30° +<br />

10° * 1 = 40°. Quindi possiamo<br />

calcolare la proiezione di V sull’asse y:<br />

sen(40°) = 0,64<br />

Continua ./.<br />

22


FORMULA DELLE SINUSOIDI<br />

0,77 X = 50° 2. All’istante t=2 s l’<strong>angolo</strong> sarà 30° + 10° * 2 =<br />

50°. Quindi possiamo calcolare la proiezione di<br />

V sull’asse y: sen(50°) = 0,77<br />

0,866<br />

X<br />

= 60°<br />

Possiamo trarre alcune conclusioni generali:<br />

3. All’istante t=3 s l’<strong>angolo</strong> sarà 30° + 10° * 3 =<br />

60°. Quindi possiamo calcolare la proiezione di<br />

V sull’asse y: sen(50°) = 0,866.<br />

1. dopo un intervallo di tempo “t” l’<strong>angolo</strong> che forma il vettore V con l’asse X si<br />

calcola con la formula: = ( + * t)<br />

2. Il valore della proiezione di V sull’asse y si calcola con la formula conosciuta<br />

dalla trigonometria: sen ( ) = sen ( + * t)<br />

23


FORMULA DELLE SINUSOIDI<br />

I ragionamenti precedenti sono stati fatti considerando che la lunghezza del<br />

vettore V sia di valore A = 1.<br />

Adesso consideriamo che il vettore abbia una lunghezza qualsiasi, cioè A.<br />

La formula che abbiamo trovato per rappresentare una sinusoide si può scrivere<br />

nella forma più generale possibile:<br />

Ricordiamo le altre formule:<br />

y = A * sen ( + * t)<br />

2<br />

T<br />

T = 1/f<br />

f = 1/T<br />

2<br />

f<br />

24


Unità di misura degli angoli<br />

Il <strong>rad</strong>iante (simbolo <strong>rad</strong>) è l'unità di misura degli angoli del<br />

Sistema internazionale di unità di misura. Tale misura<br />

rappresenta il rapporto tra la lunghezza di un arco di<br />

circonferenza spazzato dall'<strong>angolo</strong>, diviso per la lunghezza<br />

del raggio di tale circonferenza.<br />

25


Unità di misura degli angoli<br />

Utilità della scelta del <strong>rad</strong>iante<br />

La misura del <strong>rad</strong>iante consente di<br />

avere formule trigonometriche<br />

molto più semplici di quelle che si<br />

avrebbero adottando come unità<br />

di misura per gli angoli i <strong>g<strong>rad</strong>i</strong><br />

sessagesimali.<br />

Formule di conversione:<br />

1 <strong>rad</strong> = 57,29 <strong>g<strong>rad</strong>i</strong><br />

1 g<strong>rad</strong>o = 0,0174 <strong>rad</strong><br />

<strong>g<strong>rad</strong>i</strong> <strong>rad</strong>ianti<br />

0 0<br />

15 (1/12) π<br />

30 (1/6) π<br />

45 (1/4) π<br />

60 (1/3) π<br />

90 (1/2) π<br />

120 (2/3) π<br />

135 (3/4) π<br />

150 (5/6) π<br />

180 π<br />

210 (7/6) π<br />

225 (5/4) π<br />

240 (4/3) π<br />

270 (3/2) π<br />

300 (5/3) π<br />

315 (7/4) π<br />

330 (11/6) π<br />

360 2 π<br />

26


ESERCIZI SULLE SINUSOIDI<br />

1. Una sinusoide ha la frequenza di 100 Hz, l’ampiezza A=5, la<br />

fase iniziale =15°. a) Quanto vale T b) Quanto vale<br />

c)Quale <strong>angolo</strong> è formato dal vettore V con l’asse “x” dopo<br />

un intervallo t = 1 ms? d) Quale valore assume la sinusoide<br />

dopo che è trascorso intervallo t = 1 ms?<br />

RISPOSTA: a)T = 1/f = 1/100 = 0,01 s = 10 ms. b) f =<br />

6,28*100 = 628 <strong>rad</strong>/s. c) = + t (occorre trasformare i<br />

<strong>g<strong>rad</strong>i</strong> in <strong>rad</strong>ianti = 15° = (1/12) π), = (1/12) π + 628*0,001 =<br />

0,2617+0,628 = 0,8897 <strong>rad</strong> = 0,8897 * 57,29 = 50,97 °.<br />

d) y = A * sen ( + * t) = 5*sen (0,8897) = 5*sen(50,97) =<br />

5*0,7768 = 3,884<br />

27


+1<br />

+2<br />

+3<br />

VALORE MEDIO DELLE SINUSOIDI<br />

+2<br />

Quando si parla di valore medio si intende una operazione matematica del tipo:<br />

(A+B) / 2. Nel caso di una sinusoide si deve considerare un intervallo di tempo pari<br />

al periodo T e al suo interno si deve fare l’operazione precedente ripetuta per tutti i<br />

valori che la sinusoide stessa assume. Infatti si tratta di sommare i numeri che<br />

sono rappresentati nel grafico aventi lo stesso colore e poi dividere per 2. È<br />

evidente che le somme risulteranno tutte uguali a zero. Infatti: (+1-1)/2 =0; (+2-2)/2<br />

=0; (+3-3)/2 =0; ecc.<br />

La conclusione di questo ragionamento è che una sinusoide ha<br />

+1<br />

-1<br />

VALORE MEDIO = 0<br />

-2<br />

-3<br />

-2<br />

-1<br />

28<br />

T


0<br />

+1<br />

+2<br />

SINUSOIDI CON VALORE MEDIO DIVERSO DA ZERO<br />

+3<br />

+4<br />

+3<br />

+2<br />

In questo secondo caso la sinusoide è stata traslata verso l’alto (di +1). Il risultato del<br />

calcolo del valore medio ora non è più zero.<br />

Un calcolo approssimativo ci fornisce il seguente risultato:<br />

+1<br />

(+1+1)/2=+1; (+2+0)/2=+1; (+3-1)/2=+1; (+4-2)/2=+1; (+3-1)/2=+1; (+2+0)/2=+1;<br />

In effetti un calcolo matematico più rigoroso (che però va oltre le conoscenze di<br />

questo corso) ci fornisce lo stesso risultato, cioè +1.<br />

Si può concludere che il valore medio di una sinusoide è pari al valore “n”(positivo o<br />

negativo) di cui è stata traslata verso l’alto o verso il basso.<br />

0<br />

-1<br />

-2<br />

-1<br />

0<br />

29<br />

+1<br />

T


SINUSOIDI CON VALORE MEDIO DIVERSO DA ZERO<br />

Un calcolo più preciso del valore medio si può fare graficamente. Occorre calcolare<br />

la superficie colorata. Per evitare calcoli troppo complicati si ricorre ad operazioni<br />

grafiche controllabili visivamente.<br />

30


SINUSOIDI CON VALORE MEDIO DIVERSO DA ZERO<br />

1<br />

In questa diapositiva le zone colorate di verde sono uguali ma di segno opposto e<br />

quindi la loro media è zero:quindi possiamo cancellarle. Le zone colorate di giallo<br />

invece sono entrambe positive e di uguale superficie. Possiamo quindi “tagliare”<br />

la zona 1 “incollarla” nella zona 2. Si ottiene quindi la figura successiva.<br />

2<br />

31


SINUSOIDI CON VALORE MEDIO DIVERSO DA ZERO<br />

Come si nota dalla figura, dopo avere eliminato le parti positive e negative, ma<br />

di uguale valore, resta una parte del grafico originale che è costante. La<br />

conclusione di tutto il ragionamento grafico è che una sinusoide traslata verso<br />

l’alto o verso il basso di “n” ha valore medio proprio uguale ad “n”. Nel nostro<br />

esempio quindi il valore medio è +1.<br />

32


VALORE EFFICACE DI UNA SINUSOIDE<br />

Il valore medio appena discusso ha poca importanza pratica. Si studia poiché è<br />

necessario per comprendere il nuovo valore chiamato “EFFICACE”. Questo<br />

nuovo parametro è invece fondamentale nello studio delle grandezze elettriche<br />

alternate che inizieremo tra poco. La sua importanza sarà chiara più avanti nel<br />

corso. Possiamo anticipare che con questo “valore efficace” potremo trattare<br />

l’alternata come se fosse una “continua”, con una facilitazione dei calcoli e dei<br />

ragionamenti.<br />

Anche in questo caso tratteremo l’argomento in modo grafico, poiché<br />

matematicamente risulterebbe al di fuori della portata delle cognizioni attuali della<br />

classe.<br />

Supporremo di avere una sinusoide come quella utilizzata per il calcolo del<br />

valore medio.<br />

La sinusoide ha la seguente espressione:<br />

Y = 3*sen(2* * f * t)<br />

La cosa importante è il valore di ampiezza che vale 3. Si tratta ovviamente di un<br />

esempio, quindi in seguito il valore numerico 3 sarà sostituito dal valore generico<br />

A .<br />

33


VALORE EFFICACE DI UNA SINUSOIDE<br />

Per determinare il “valore efficace” di una sinusoide occorre procede come indicato di<br />

seguito.<br />

1. Calcolare il quadrato di una sinusoide;<br />

2. Calcolare il valore medio del quadrato appena calcolato.<br />

3. Fare la <strong>rad</strong>ice quadrata del valore medio calcolato al punto 2.<br />

Consideriamo il punto 1.<br />

Cosa significa calcolare il quadrato di una sinusoide?<br />

Supponiamo di considerare l’espressione precedente:<br />

Y = 3*sen(2* * f * t)<br />

Il suo quadrato si calcola matematicamente in questo modo:<br />

Y 2 = [3*sen(2* * f * t)] 2 = 9*[sen(2* * f * t)] 2<br />

Invece di effettuare il calcolo matematicamente, lo effettueremo graficamente.<br />

Il grafico risultante dovrà avere un valore massimo uguale a 9 e dovrà essere<br />

sempre di valore positivo (per effetto dell’operazione di elevazione al quadrato)<br />

Vediamo graficamente il risultato dell’operazione di elevazione al quadrato di una<br />

sinusoide.<br />

34


4<br />

3<br />

2<br />

1<br />

0<br />

-1<br />

-2<br />

-3<br />

-4<br />

10<br />

9<br />

8<br />

7<br />

6<br />

5<br />

4<br />

3<br />

2<br />

1<br />

0<br />

VALORE EFFICACE DI UNA SINUSOIDE<br />

0 1 2 3 4 5 6 7<br />

0 1 2 3 4 5 6 7<br />

Questa è la sinusoide<br />

originale (di ampiezza = 3)<br />

Questo è il risultato<br />

della operazione di<br />

elevazione al quadrato<br />

(notare ampiezza = 9<br />

e valori tutti positivi,<br />

cioè la curva sta tutta<br />

sopra l’asse x).<br />

Infine si nota anche un<br />

<strong>rad</strong>doppio della<br />

frequenza.<br />

35


10<br />

9<br />

8<br />

7<br />

6<br />

5<br />

4<br />

3<br />

2<br />

1<br />

0<br />

4,5<br />

VALORE EFFICACE DI UNA SINUSOIDE<br />

0 1 2 3 4 5 6 7<br />

Passiamo adesso a considerare il punto 2.<br />

Una prima osservazione su questo grafico ci dice che il valore medio è pari a 4,5<br />

(la metà dell’ampiezza che è 9). Questa osservazione si può verificare come è<br />

stato già fatto in precedenza, quando abbiamo parlato del valore medio di una<br />

sinusoide.<br />

36


VALORE EFFICACE DI UNA SINUSOIDE<br />

Anche in questo caso possiamo ripetere le stesse considerazioni fatte in<br />

precedenza sul valore medio e troveremo che esso è proprio 4,5.<br />

Successivamente vedremo come calcolare la superficie colorata in blu in<br />

modo semplice e quindi calcolare il valore efficace.<br />

37


VALORE EFFICACE DI UNA SINUSOIDE<br />

Da questa figura si comprende perché il valore medio è 4,5. Basta spostare le parti<br />

di colore uguale come indicato e avremo il risultato della figura successiva.<br />

Inoltre si nota facilmente che la superficie della curva originale (in blu) non cambia.<br />

38


VALORE EFFICACE DI UNA SINUSOIDE<br />

Abbiamo dimostrato che il valore medio del quadrato di una sinusoide è pari alla<br />

metà della sua ampiezza. In questo caso l’ampiezza è (3) 2 = 9 e quindi il valore<br />

medio è 4,5. Più in generale possiamo stabilire la seguente formula:<br />

Dato che A è l’ampiezza della sinusoide, il valore medio del quadrato di una<br />

sinusoide è (A) 2 / 2.<br />

Notiamo da questa figura che la superficie è rimasta inalterata. Adesso però si tratta<br />

di calcolare l’area di un rett<strong>angolo</strong>, molto più semplice rispetto a prima.<br />

39


Infine consideriamo il punto 3.<br />

VALORE EFFICACE DI UNA SINUSOIDE<br />

Ricordiamo che abbiamo fatto il quadrato di una sinusoide, poi abbiamo<br />

calcolato il valore medio della nuova funzione, ora dobbiamo fare la <strong>rad</strong>ice<br />

quadrata di questo valore medio, per ritornare alla sinusoide iniziale.<br />

Quindi il valore efficace di una sinusoide è ottenuta con la formula seguente:<br />

V EFF<br />

2<br />

A<br />

2<br />

A<br />

2<br />

A<br />

1,<br />

414<br />

0,<br />

707<br />

A<br />

40


VALORE EFFICACE DI UNA SINUSOIDE<br />

Applichiamo la formula appena trovata alla sinusoide da cui eravamo partiti.<br />

L’ampiezza è A = 3.<br />

Il valore efficace si calcola:<br />

V EFF = 0,707*A = 0,707*3 = 2,121<br />

2,121<br />

-0,3<br />

-0,6<br />

-0,9<br />

-1,2<br />

-1,5<br />

-1,8<br />

-2,1<br />

-2,4<br />

-2,7<br />

-3<br />

0<br />

2,7<br />

2,4<br />

2,1<br />

1,8<br />

1,5<br />

1,2<br />

0,9<br />

0,6<br />

0,3<br />

3<br />

Y = 3*sen(2* * f * t)<br />

0 1 2 3 4 5 6 7<br />

41


SOMME E DIFFERENZE CON LE SINUSOIDI<br />

In elettrotecnica è frequente effettuare somme e differenze tra sinusoidi avente<br />

la stessa frequenza “f”. Il calcolo con le regole della trigonometria è lungo<br />

e spesso complesso, quindi occorre trovare una tecnica rapida e<br />

semplice.<br />

Facciamo un esempio:<br />

1. Y 1 = 3*sen(2* * f * t) = 3*sen(2* * 50 * t)<br />

2. Y 2 = 4*sen(2* * f * t) = 4*sen(2* * 50 * t)<br />

Abbiamo due sinusoidi con la stessa frequenza f = 50 Hz (deve essere sempre<br />

così !!), la stessa fase iniziale = 0, ampiezze diverse A 1 = 3 ed A 2 = 4.<br />

Calcoliamo ora la somma e la differenza delle due sinusoidi:<br />

Y S = Y 1 + Y 2<br />

Y D = Y 1 - Y 2<br />

Nella prossima diapositiva visualizzeremo i risultati ottenuti con EXCEL, senza calcolare<br />

matematicamente in modo diretto le formule.<br />

Vedremo nello stesso istante ( t = 0,005 s) l’ampiezza della nuova curva e trarremo<br />

conclusioni.<br />

42


8<br />

6<br />

4<br />

2<br />

0<br />

-2<br />

-4<br />

-6<br />

-8<br />

4<br />

3<br />

2<br />

1<br />

0<br />

-1<br />

-2<br />

-3<br />

-4<br />

Y1<br />

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025<br />

SOMMA TRA SINUSOIDI<br />

3 4<br />

7=3+4<br />

Ys<br />

t<br />

6<br />

4<br />

2<br />

0<br />

-2<br />

-4<br />

-6<br />

Y2<br />

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025<br />

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025<br />

t<br />

La somma è<br />

ancora una<br />

sinusoide,<br />

avente la<br />

stessa<br />

frequenza e<br />

avente<br />

come<br />

ampiezza la<br />

somma<br />

delle<br />

ampiezze.<br />

43<br />

t


1,5<br />

1<br />

0,5<br />

0<br />

-0,5<br />

-1<br />

-1,5<br />

Yd<br />

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025<br />

-1=3 - 4<br />

DIFFERENZA TRA SINUSOIDI<br />

+1 = - 3 - (-4)<br />

La differenza è ancora una sinusoide, avente la stessa frequenza e avente<br />

come ampiezza la differenza delle ampiezze.<br />

t<br />

44


8<br />

6<br />

4<br />

2<br />

0<br />

-2<br />

-4<br />

-6<br />

-8<br />

RIEPILOGO DELLA SOMMA E DIFFERENZA TRA SINUSOIDI<br />

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025<br />

Y d = Y 1 – Y 2<br />

Ys<br />

Y 2<br />

Conclusioni: somme e differenze tra sinusoidi isofrequenziali, sono ancora<br />

sinusoidi di stessa frequenza, ma con ampiezze diverse (o somma o differenze tra<br />

le ampiezze originarie). La fase iniziale, supposta zero, resta ancora zero.<br />

NOTA: la differenza Y d si poteva ottenere anche facendo Yd = Y 2 – Y 1, ma la<br />

sinusoide risultante sarebbe stata ribaltata (sfasata di 180°).<br />

Y 1<br />

t<br />

45


SOMMA E DIFFERENZA TRA SINUSOIDI: METODO VETTORIALE<br />

La tecnica grafica non è utilizzabile praticamente in elettrotecnica. Il metodo<br />

vettoriale è invece molto più facile e veloce. Vediamo in cosa consiste.<br />

Y 1 = 3 Y 2 = 4<br />

VETTORI IN FASE<br />

Come già descritto in precedenza, ogni vettore<br />

rotante descrive una sinusoide. Quindi<br />

utilizziamo i vettori sommandoli o sottraendoli<br />

tra loro per ottenere le sinusoidi corrispondenti.<br />

Di conseguenza possiamo sostituire le<br />

operazioni trigonometriche con operazioni<br />

vettoriali.<br />

Y S = 3+4 = 7<br />

Y D = -1<br />

46


y<br />

ESEMPI DI CALCOLO VETTORIALE<br />

Nei seguenti esempi tratteremo alcuni casi notevoli di somma o differenza tra vettori e<br />

successivamente tracceremo le sinusoidi corrispondenti.<br />

Y 2=1 Y S = ?<br />

S<br />

fase<br />

y<br />

modulo<br />

1<br />

della<br />

y<br />

della<br />

2<br />

somma<br />

somma<br />

VETTORI IN QUADRATURA (1° caso)<br />

Y 1=2<br />

y<br />

S<br />

y1<br />

1<br />

2<br />

y 2 arctg(<br />

)<br />

y<br />

Y 1 ed Y 2 sono due vettori sfasati di 90°<br />

(si dicono in quadratura), e la loro<br />

somma Y S avrà un modulo ed una fase<br />

calcolati di seguito.<br />

y 2<br />

2<br />

1<br />

2<br />

1<br />

arctg(<br />

)<br />

2<br />

2<br />

2<br />

5<br />

arctg(<br />

0,<br />

5)<br />

2,<br />

236<br />

26,<br />

56<br />

47


3<br />

2<br />

1<br />

0<br />

1,5<br />

1<br />

0,5<br />

0<br />

-1<br />

-1,5<br />

CORRISPONDENZA TRA VETTORI E SINUSOIDI<br />

Y1<br />

-1<br />

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025<br />

-2<br />

-3<br />

Y2<br />

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025<br />

-0,5<br />

t<br />

t<br />

3<br />

2<br />

1<br />

0<br />

-1<br />

-2<br />

-3<br />

Y 2=1 Y S = 2,236<br />

2,236<br />

=26,56°<br />

Y 1=2<br />

Ys<br />

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025<br />

Confrontare i vettori con le rispettive sinusoidi e riconoscere la<br />

corrispondenza tra ampiezze e tra le fasi iniziali.<br />

t<br />

48


1,5<br />

1<br />

0,5<br />

0<br />

-1<br />

-1,5<br />

Y1<br />

2,5<br />

2<br />

1,5<br />

1<br />

0,5<br />

0<br />

t<br />

-0,5<br />

-1<br />

-1,5<br />

-2<br />

-2,5<br />

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025<br />

Y2<br />

-0,5<br />

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025<br />

ESEMPI DI CALCOLO VETTORIALE<br />

VETTORI IN QUADRATURA (2° caso)<br />

t<br />

3<br />

2<br />

1<br />

0<br />

-1<br />

-2<br />

-3<br />

Y 2=1<br />

Y 1=2<br />

Y S = 2,236<br />

Ys<br />

= - 26,56°<br />

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025<br />

Anche ora confrontare i vettori con le rispettive sinusoidi e riconoscere la<br />

corrispondenza tra ampiezze e tra le fasi iniziali.<br />

49<br />

t


1,5<br />

Y 2= 1<br />

1<br />

0,5<br />

0<br />

-0,5<br />

-1<br />

-1,5<br />

Y S = Y 1 - Y 2<br />

Y S = 1<br />

= 180°<br />

Ys<br />

ESEMPI DI CALCOLO VETTORIALE<br />

VETTORI IN OPPOSIZIONE DI FASE<br />

Y 1=2<br />

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025<br />

t<br />

1,5<br />

1<br />

0,5<br />

0<br />

-0,5<br />

-1<br />

-1,5<br />

2,5<br />

2<br />

1,5<br />

1<br />

0,5<br />

0<br />

-0,5<br />

-1<br />

-1,5<br />

-2<br />

-2,5<br />

Y1<br />

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025<br />

Y2<br />

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025<br />

50<br />

t<br />

t


CONCLUSIONI<br />

Al calcolo tra sinusoidi aventi la stessa<br />

frequenza (isofrequenziali), si sostituisce il<br />

calcolo tra vettori, più facile e veloce.<br />

Per il calcolo tra vettori si utilizzano le<br />

tecniche già studiate con i numeri<br />

complessi.<br />

51

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