Sono indicati i materiali che si possono utilizzare, le precauzioni da prendere e
le metodologie da seguire.
Da un punto di vista didattico si richiede inoltre che l'esperimento sia:
Questo può essere ottenuto in diverse maniere:
moti rettilinei
Si tratta di una breve introduzione alla sperimentazione sui moti rettilinei.
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Qualunque studio sperimentale richiede un'accurata scelta dell'apparecchiatura da
usare. Il fenomeno in studio, infatti, deve essere tipizzato al massimo eliminando o rendendo
minime tutte le cause di perturbazione che potrebbero alterarne lo svolgimento.
Inoltre deve essere facile e sicura la rilevazione dei dati sperimentali ed altrettanto
semplice e veloce la loro gestione.
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La principale causa di perturbazione, in uno studio del moto, è evidentemente
l'attrito; un buon dispositivo sperimentale pertanto deve riuscire ad eliminare o a ridurre
considerevolmente l'attrito.
L'attrito residuo può essere compensato da una leggera inclinazione della pista sulla quale si muove il carrello.
Per ottenere con sicurezza un moto rettilineo si può utilizzare una rotaia sulla quale il carrello può scorrere.
Il difetto più consistente sta nell'avere masse ruotanti che possono creare problemi (ad esempio quando si vuole evidenziare l'energia cinetica).
Il ghiaccio secco, sublimando, produce gas di anidride carbonica che fuoriesce da un forellino al centro del disco. Si forma così, tra disco e superficie di appoggio, (molto liscia, tipicamente una lastra di cristallo) un cuscino di gas che tiene leggermente sollevato il disco dal piano di appoggio. Si ottiene quindi un movimento praticamente senza attrito.
Il maggior difetto, nell'uso didattico, è costituito dalla necessità di produrre, di volta in volta, il ghiaccio secco.
La rotaia permette di ottenere molto agevolmente un moto rettilineo e può essere inclinata di un angolo sufficientemente grande (senza che il carrello la tocchi) da permettere lo studio del moto su un piano inclinato.
Può essere comunque utilizzato un cronometro multiplo, simile a quello mostrato in
figura, collegato come nello schema.
Le porte fotoelettriche sono collegate tramite un'interfaccia ad un computer. Tramite
il suo orologio interno vengono misurati gli intervalli di tempo.
Normalmente alle interfaccia sono allegati dei programmi per l'elaborazione dei dati
raccolti.
Difetti: didatticamente il metodo presenta qualche controindicazione a causa dela
raccolta automatica dei dati, salvo non lo si utilizzi come confronto per il lavoro manuale
fatto dagli allievi.
Lo spazio percorso viene misurato sul nastro ed il tempo impiegato si ottiene come
somma dei tempi elementari tra due punti contigui.
Difetti: il periodo è quasi sempre fisso (in genere 1/100 s, legato alla frequenza
della corrente elettrica); il nastro trascinato dal mobile crea problemi pratici
nell'effettuazione della misura e può perturbare facilmente il moto del corpo.
Il rilevamento dei dati avviene, come col marcatempo, misurando direttamente lo
spazio tra un punto e l'altro e sommando gli intervalli di tempo elementari.
Vantaggi rispetto al marcatempo:
Lo scintillatore permette di scegliere, entro limiti abbastanza vasti, il valore
dell'intervallo di tempo da usare. Uno stroboflash emette periodicamente dei lampi di luce che impressionano sulla
pellicola le posizioni assunte in quegli istanti da un indicatore fissato sul carrello.
Se sul percorso del carrello viene fissata una scala metrica, su di essa si possono
leggere le posizioni assunte dal carrello istante per istante, mentre i tempi vengono ottenuti, anche
qui, come somma di tanti periodi quante sono le posizioni raggiunte.
E' necessario disporre di una fotocamera a sviluppo immediato; è necessario operare
al buio (anche se il dispositivo sperimentale potrebbe essere modificato illuminando
costantemente il carrello e disponendo un disco stroboscopico davanti all'obiettivo della
macchina fotografica).
Difetti : il dispositivo sperimentale e l'esecuzione della prova sono abbastanza
complessi.
La camera é collegabile direttamente al computer ed é dotata di software per
l'elaborazione dei dati.
L'esperienza non presenta alcun problema di illuminazione.
La gestione dei dati sperimentali consiste nel:
Il sistema a priorità degli spazi consiste nel predeterminare le posizioni in
corrispondenza delle quali si farà la misura dei tempi. Si usa quindi un cronometro che viene
fatto partire e fermare dal mobile in movimento mediante traguardi costituiti da contatti
meccanici o magnetici o porte fotoelettriche.
Difetti: per lo studio del moto non basta la conoscenza di un singolo intervallo
di spazio con il relativo tempo impiegato; per cui risulta necessario disporre di diversi
cronometri collegati a diversi traguardi (con notevole complicazione sperimentale) o ripetere
varie volte il movimento, spostando di volta in volta il traguardo, con risultati sperimentali e
didattici molto discutibili.
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Il sistema a priorità degli spazi consiste nel predeterminare intervalli di tempo
fissi in corrispondenza dei quali si farà la misura delle distanze percorse.
Il marcatempo è costituito da un vibratore (i primi marcatempo artigianali erano
costituiti da un campanello elettrico modificato) cui è fissata una punta che, ad intervalli
costanti di tempo, lascia dei segni su un nastro di carta trascinato dal corpo in moto.
Lo scintillatore produce periodicamente impulsi di alta tensione che fanno scoccare
delle scintille tra un baffo metallico collegato al carrello ed un nastro metallizzato disposto
lungo la rotaia. Il nastro si annerisce in corrispondenza di ogni scintilla.
Il nastro termosensibile, non venendo trascinato dal mobile, non perturba in alcuna
maniera il moto.
Il carrello si muove al buio di fronte a una macchina fotografica con l'otturatore
costantemente aperto.
Si applica al corpo in movimento una striscia autoadesiva che riflette gli impulsi
luminosi emessi dai LED e la camera li usa come punti di riferimento della posizione dei corpi.
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Qualunque sia il metodo adottato, alla fine dell'esperienza si hanno a disposizione
i valori di spazio e di tempo e, in dipendenza degli strumenti usati, i relativi errori
sperimentali.
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