Schede di Laboratorio
Indagine sulla caduta dei corpi
Presentazione dell'esperienza
Viene studiata la resistenza dell'aria nei riguardi dei corpi che cadono nell'aria, misurando i tempi di caduta di fogli di carta da un'altezza prefissata, al variare della loro superficie, della loro massa e della loro forma.
Materiale occorrente
· Carta
· Forbici
· Colla
· Righello
· Cronometro
· Bilancia di precisione
Procedimento
· Si misura la superficie di una pagina di quaderno e la si pesa con una bilancia di precisione. Le masse dei foglietti che saranno utilizzati per l'esperienza verranno ottenute da questa, note le rispettive superfici, mediante semplici proporzioni.
· Si misura lungo una parete dell'aula l'altezza da cui si faranno cadere i fogli (almeno 2 m), e si segna un riferimento sul muro.
1) Superficie del foglio e resistenza dell'aria.
· Si fa cadere una pagina di quaderno, misurando il tempo di caduta e annotando il tipo di caduta effettuata dal foglio.
· Si piega in due il foglio (fermandolo con un punto di colla) e si ripetono le misure.
· Si ripetono le operazioni di piegatura e misura ancora altre tre volte.
2) Massa del foglio e resistenza dell'aria.
· Si preparano 5 foglietti di massa differente e uguale superficie (in pratica incollando - con poca colla! - uno sull'altro foglietti tutti uguali).
· Si fanno cadere questi fogli, misurando per ognuno il tempo di caduta e annotando il tipo di cadute effettuate.
3) Forma del foglio e resistenza dell'aria.
· Si preparano 5 foglietti di forma differente (aventi però massa e superficie possibilmente uguali).
· Si fanno cadere questi fogli, misurando per ognuno il tempo di caduta e annotando il tipo di cadute effettuate.
Considerazioni
I fogli devono essere sempre lasciati cadere "di piatto", in modo che la superficie a contatto con l'aria (almeno all'inizio della caduta!) sia quella che è stata misurata. Poiché la caduta risulta spesso molto irregolare, oltre ad annotare questa osservazione, conviene eseguire più di una misura del tempo di caduta e riportare la media dei risultati.
Relazione guidata
1) Superficie del foglio e resistenza dell'aria
a) Riporta in un tabella la superficie dei fogli, i relativi tempi di caduta e le osservazioni.
b) Traccia un grafico cartesiano dei tempi di caduta in funzione della superficie dei fogli.
2) Massa del foglio e resistenza dell'aria
a) Riporta in un tabella la massa dei fogli, i relativi tempi di caduta e le osservazioni.
b) Traccia un grafico cartesiano dei tempi di caduta in funzione della massa dei fogli.
3) Forma del foglio e resistenza dell'aria
a) Riporta in una tabella le forme dei fogli, i relativi tempi di caduta e le osservazioni.
Conclusioni
a) Commenta i grafici e le tabelle che hai ottenuto. Si evidenziano relazioni regolari tra le grandezze rappresentate?
b) In quali situazioni la caduta dei fogli è stata meno regolare? Per quali motivi?
c) Quali conclusioni si possono trarre riguardo al comportamento della resistenza dell'aria sui corpo che cadono, in seguito a questo esperimento?
d) Quali altre indagini si potrebbero eseguire su questo problema?
e) Vuoi aggiungere qualcosa, a completamento della Scheda?
Nota per l'insegnante
Non è facile l'interpretazione dei risultati di questo esperimento, a causa soprattutto delle irregolarità del movimento di caduta dei fogli. Inoltre, anche nelle condizioni migliori, il tempo di caduta non è collegabile in modo semplice alla resistenza dell'aria. Infatti, il tempo dipende dalla velocità, la quale è accelerata (non uniformemente) per un primo tratto e costante (velocità limite) per un altro tratto. Sia la massa che la superficie condizionano il valore della velocità limite; e più è alta questa velocità, più tempo occorre per raggiungerla.
Va tenuto presente che, in assenza della resistenza dell'aria, il tempo di caduta sarebbe:t = , con h = altezza di caduta e g = 9,8 m/s²