Ohibò!
Non avevo memoria di questo, ma sicuramente devo averlo incontrato, magari 40 anni fa, ma devo averlo incontrato 😊.
In ogni caso, si tratta di esprimere i vettori velocità e accelerazione in coordinate polari , proiettati però lungo i versori associati alle coordinate polari: e , che ovviamente cambiano in funzione del punto:
Quindi, ogni punto della traiettoria del moto della nostra particella puntiforme, ha i suoi versori polari:
Stiamo partendo, ovviamente, dal moto in due dimensioni, proveremo poi a estenderci alle tre dimensioni, sia in coordinate cilindriche che sferiche.
Possiamo scrivere la posizione di un punto sia in coordinate cartesiane che polari:
Dove con e indichiamo, ovviamente, i versori cartesiani lungo gli assi e , spesso indicati in letteratura come e .
Cominciamo con il vettore velocità: deriviamo il vettore posizione rispetto al tempo, ma quando lo facciamo in coordinate polari, dobbiamo tener presente che anche i versori cambiano:
Infatti la velocità della nostra particella avrà una componente radiale ed una tangenziale, che potremmo scrivere così:
Calcoliamo ora le derivate temporali dei versori:
Andando a sostituire nella , abbiamo:
Andando a derivare ancora, sempre tenendo presente e , ovvero che e che , abbiamo il vettore accelerazione:
Ovvero: