La torre di Pisa
La torre di Pisa è una torre cilindrica di marmo a base circolare alta 56 m , di massa circa 14450 tonnellate.
Sapete dirmi quanto può valere al massimo l'angolo di inclinazione rispetto alla verticale perché la torre non crolli ?
Non l'angolo reale , ma il massimo angolo possibile perché non crolli. E noi certo non vogliamo tutto ciò.
Dato che avevo già risolto il quesito ma non avevo copiata la soluzione, ed ora ho tempo per farlo, ecco qui.
m = 14450 t = 14450000 kg
h = 56 m
Semplificando, consideriamo la Torre come un cilindro di marmo bianco di Carrara (d = 2716 kg/m³). Conoscendo massa e densità, ne possiamo ricavare il volume:
V = m / d = 5320 m³
Dal volume, sapendo che h = 56 m, calcoliamo l'area di base...
A = V / h = 95 m²
... e dunque il raggio:
r = √ ( A / π ) = 5,49 m
Un corpo cade quando il suo baricentro esce dalla sua base di appoggio, e il baricentro di un cilindro coincide con il punto medio dell'altezza condotta per il centro del cerchio di base; quindi si ha l'inclinazione limite della torre quando la retta che congiunge un punto qualunque della circonferenza di base con il baricentro è perpendicolare al suolo.
Consideriamo il triangolo rettangolo che ha per cateti h/2 e r. Se conduciamo la perpendicolare all'ipotenusa per il vertice tra l'ipotenusa stessa e il cateto r, e se prolunghiamo il segmento h/2 fino a incontrarla, otteniamo un triangolo rettangolo simile a quelllo di partenza e più piccolo: l'angolo minore in esso è l'inclinazione massima ideale della Torre rispetto all'asse verticale. Chiamando α questo angolo avremo:
α = tan-¹ ( r / h/2 ) = 11,09°
L'approssimazione che si compie considerando la Torre come un cilindro pieno è tuttavia troppo alta e il risultato ne risente: in realtà il raggio di base è r = 7,7 m e quindi l'angolo di inclinazione massima diventa α = 7,5°