Exhibits 2013
prof.ssa Monica Sambo Liceo Giuseppe Veronese Chioggia
emonstrative experiments, incorrectly
also called Exhibits, are small and fast
qualitative experiences in which these
two questions are asked: what am I observing? Why is that happening?
D
I pendoli
Il pendolo a filo
Materiale utilizzato: tre masse uguali, due fili
della stessa lunghezza, un filo di lunghezza minore
rispetto ai due fili precedenti, una base per i pendoli.
Cosa osservare: in questo esperimento si osserva
il comportamento di un pendolo a filo. In particolare l’esperimento si sviluppa in queste fasi: nella
prima parte si confrontano due pendoli che hanno
la stessa massa ma non la stessa lunghezza, nella
seconda parte si confrontano due pendoli che hanno
la stessa lunghezza e masse diverse. Nella prima
parte dell’esperimento si osserva che il periodo di oscillazione dipende dalla lunghezza, cioé all’aumentare
della lunghezza del filo aumenta il periodo di oscillazione. Nella seconda parte dell’attivitá il periodo
di oscillazione del pendolo rimane costante pur aumentando la massa del sistema.
Cosa vuol dire: conoscendo la relazione che lega il
periodo di oscillazione di un pendolo con la lunghezza
q
di un filo e l’accelerazione di gravitá: T = 2π gl ,
si puó affermare che il periodo di oscillazione T é
proporzionale alla lunghezza del filo e non dipende
dalla massa.
molla con una costante di rigiditá minore rispetto
alle precedenti; una base di sostegno per pendoli.
Cosa osservare: in questo esperimento si osserva
il comportamento di un pendolo a molla. Nella
prima parte dell’esperimento si considerano tre molle
che hanno la stessa costante di rigiditá k, a queste
molle si applicano tre masse diverse, si osserva che
all’aumentare della massa aumenta il periodo di oscillazione. Nella seconda parte dell’esperienza le due
molle hanno una costante di rigiditá diversa, si puó
notare che all’aumentare della costante di rigiditá
diminuisce il periodo di oscillazione del pendolo a
molla.
Cosa vuol dire: conoscendo la relazione per calcolare il periodo
p di oscillazione di un pendolo a
molla: T = 2π m
k si puó affermare che il periodo
di oscillazione T aumenta all’aumentare della massa,
diminuisce all’aumentare della costante di rigiditá
della molla.
Le macchine di rotazione
Gli anelli elastici
Materiale utilizzato: Anelli Elastici (incrociati
a 90), strumento di rotazione manuale.
Cosa osservare: gli anelli elastici da fermi formano
una sfera mentre se si fanno ruotare con una certa
velocitá v, gli anelli si comprimono, e la compressione
aumenta all’aumentare della velocitá di rotazione. La
macchina di rotazione simula il moto di rotazione terrestre intorno al proprio asse. Infatti all’aumentare
della velocitá, la struttura sferica assume forma ellittica: la sezione centrale che rappresenta idealmente
Il pendolo a molla
l’equatore, ha raggio maggiore rispetto alla sezione
Materiale utilizzato: una serie di masse uguali, prossima ai poli, l’accelerazione centripeta dipende
tre molle con la stessa costante di rigiditá k, una dal raggio ed aumenta all’aumentare del raggio. Per-
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Figure 2: Pendolo di Foucault
La pista centrifuga
Figure 1: Anelli elastici
tanto, la struttura appare schiacciata nelle parti superiori, cioé nei poli, e dilatata nella parte centrale.
Cosa vuol dire: Se un corpo si muove lungo una
traiettoria circolare, agisce continuamente su di esso
una spinta rivolta verso l’esterno che tende ad allontanarlo dal centro di rotazione lungo la tangente. Mettendo in evidenza l’accelerazione centipeta ac = ω 2 r,
all’aumentare del raggio, aumenta l’accelerazione
centripeta.
Il pendolo di Foucault
Materiale utilizzato:
un supporto metallico
ruotante, un filo ed una massa.
Cosa osservare: fare oscillare il pendolo creato
legando la massa al filo e nello stesso tempo far
ruotare lentamente il supporto. Osservare che il piano di oscillazione del pendolo non varia.
Cosa vuol dire: Un corpo appeso a un filo e non
costretto a oscillare in un piano viene detto pendolo sferico, in quanto si muove sulla superficie di
una sfera di raggio pari alla lunghezza del filo. Un
pendolo sferico, avente una massa sferica di 28 km
sospesa a un cavo di 60 m, fu utilizzato nel 1851 da
Jean Bernard Leon Foucault (1819-1868) nel Pantheon di Parigi per dimostrare la rotazione terrestre.
Se si segnano su un pavimento le posizioni dei punti
tra cui il pendolo oscilla in tempi successivi, il piano di oscillazione sembra spostarsi progressivamente
come se ruotasse in senso orario intorno ad un’asse
verticale, in realtá a ruotare, in senso antiorario, é
il pavimento, che segue il movimento di rotazione
della Terra. La velocitá di rotazione del piano di
oscillazione del pendolo di Foucault dipende dalla
latitudine a cui viene condotto l’esperimento: al polo
Nord il piano ruota di 360 ogni giorno, in Italia di
254 al giorno, all’equatore resta fermo.
Materiale utilizzato: due palline con lo stesso
volume ma massa diversa, sostegno per pista centrifuga e macchina di rotazione.
Cosa osservare: In questo esperimento si osserva
il comportamento di due palline di massa diversa,
poste in una pista centrifuga a forma di U. Si osserva
che le due palline tendono a salire lungo la pista
centrifuga ed a raggiungere la stessa altezza h.
Cosa vuol dire: Si deve ricordare la relazione che
serve per calcolare la forza centripeta di un corpo di
massa m: Fc = mω 2 r, si puó affermare che la forza
centripeta Fc a paritá di r e di velocitá é direttamente proporzionale alla massa m. La forza che si
oppone alla salita delle palline sui lati inclinati é la
forza peso anch’essa direttamente proporzionale alla
massa m. L’altezza raggiunta quindi dipende solo
e soltanto dalla forza centripeta che é la stessa per
entrambe le masse.
Sfere rotanti
Materiale utilizzato: due palline di massa e volume diversi collegate con un filo; supporto per telaio
circolare rotante e macchina di rotazione.
Cosa osservare: si possono analizzare le seguenti
situazioni sperimentali; se si posizionano entrambe le
sfere alla stessa distanza dal centro, dopo un paio di
rotazioni, la sfera piú grande attira verso di sé la piú
piccola, se si avvicina la sfera piú piccola verso il centro si ottiene con maggior facilitá lo stesso risultato
di prima; infine, se si avvicina la sfera piú grande
verso il centro dell’asticella e si ruota il sistema, le
due palline resteranno in equilibrio.
Cosa vuol dire: Si parte dalla relazione della forza
centripeta: Fc = mω 2 r, inoltre nelle ipotesi che m2 =
2m1 , ed uguagliando le forze centrifughe si ottiene:
m1 ω 2 r1 = m2 ω 2 r2 , sostituiamo m1 ω 2 r1 = 2m1 ω 2 r2 ,
semplificando in modo opportuno: r1 = 2r2 . In altre
parole il prodotto tra massa e raggio deve essere
costante per avere una situazione di equilibrio.
Fluidostatica
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Vasi comunicanti
Materiale utilizzato: Tre vasi comunicanti di dimensione e forma diverse con all’interno una sostanza
liquida.
Cosa osservare: Osservare che i liquidi si trovano
allo stesso livello nonostante che i recipienti abbiano
forme diverse.
Cosa vuol dire: Si dicono vasi comunicanti due o
piú recipienti collegati da un tubo di comunicazione.
Se si versa un liquido pesante in uno o in piú vasi
comunicanti, esso raggiunge in tutti i vasi lo stesso
livello. Il principio enunciato si spiega con la legge
di Stevino: la pressione di un liquido esercitata sul
fondo di un recipiente é data dal peso specifico per
l’altezza del liquido p = ps · h. La pressione idrostatica su una sezione di collegamento tra i due vasi
A1 spinge il liquido verso destra, p1 = ps · h1 con ps
peso specifico del liquido ed h1 l’altezza raggiunta dal
liquido nel primo recipiente; la pressione idrostatica
su A2 , sezione per il secondo vaso, spinge il liquido
verso sinistra p2 = ps · h2 ; essendo p1 = p2 si deduce
che h1 = h2 cio il liquido raggiunge la stessa altezza
in tutti i vasi.
Vasi comunicanti e capillaritá
Materiale utilizzato: Vasi comunicanti con tubi
stretti e diametro decrescente, acqua colorata.
Cosa osservare: Si osserva che nei tubi piú stretti,
chiamati capillari, l’acqua colorata raggiunge livelli
piú alti.
Cosa vuol dire: lacqua sale piú in alto perché é
molto forte la forza di adesione che spinge le molecole
di acqua ad attaccarsi alle pareti, questa caratteristica fisica é comunemente chiamata capillaritá.
Figure 3: Diavoletto di Cartesio
sul tappo questa si trasmette, attraverso lo strato
d’aria sottostante al tappo, alla superficie dell’acqua e
quindi a tutti i suoi punti. Questo provoca l’ingresso
di altra acqua all’interno del Diavoletto che, appesantito, affonda. Al contrario, se si diminuisce la
pressione esercitata sul tappo, l’espulsione dell’acqua
dall’interno del Diavoletto, a ad opera dell’aria non
piú compressa, ne provoca la risalita.
Cosa vuol dire: Tale esperimento verifica 1)che la
pressione si esercita in tutti i punti dell’acqua (teorema di Pascal) e 2) il Principio di Archimede: ”un
oggetto galleggiante sull’acqua, o immerso in essa,
subisce da parte dell’acqua stessa una forza diretta
verso l’alto pari al peso del volume dell’acqua che
l’oggetto sposta”.
Il diavoletto di Cartesio
Vaso di Tantalo
Materiale utilizzato: Diavoletto cavo di vetro
leggero provvisto di una coda incurvata e forata all’
estremitá. Cilindro di vetro e membrana di gomma
tesa.
Notizie storiche: Il Diavoletto di Cartesio o Ludione é storicamente riconosciuto come un’opera
di Raffaello Maggiotti, uno degli allievi del grande
Galileo Galilei.
Cosa osservare: L’apparecchio é costituito da una
figura in vetro leggero, parzialmente riempita d’acqua
e forata nella parte inferiore (la coda del Diavoletto),
che galleggia in un cilindro di vetro, colmo d’acqua
fino a 1 o 2 cm dal bordo. Tale cilindro é chiuso
da una membrana di gomma, applicata solidamente
alla bocca. Se si esercita con un dito una pressione
Materiale utilizzato: Vaso di Tantalo ed acqua.
Cosa osservare: Il vaso di Tantalo, o sifone intermittente, é un recipiente con il fondo attraversato
da un tubo ripiegato ad U che funziona da sifone.
L’acqua viene immessa nel vaso e non appena il livello
dell’acqua copre il gomito del sifone, tutta l’acqua
presente nel vaso fuoriesce ed il vaso si svuota completamente.
Cosa vuol dire: il condotto presente nella parte
inferiore del vaso ha diametro maggiore rispetto a
quello interno al vaso. Se il livello dell’acqua supera
il gomito del sifone, il liquido sgorga attraverso il
cannello che fuoriesce dal fondo del recipiente. Il
livello del liquido allinterno del recipiente inizier a
scendere, in quanto la portata del tubo di carico é in-
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Figure 5: Emisferi di Magdeburgo
Figure 4: Vaso di Tantalo
feriore alla portata del tubo del sifone, e lefflusso del
liquido cesserá solamente quando il livello dellacqua
nel recipiente scenderá al di sotto del ramo corto del
sifone.
Figure 6: Campanello elettrico
Esperimenti con la pompa per il
vuoto
quasi impossibile staccare i due oggetti metallici.
Cosa vuol dire: La pressione esterna degli emisferi
Crepavesciche
impedisce il loro distacco. Per separare gli emisMateriale utilizzato:
Pompa pneumatica, feri sará sufficiente inserire all’interno degli stessi
bichiere ricoperto con una pellicola trasparente (do- dell’aria in modo che la pressione interna diventi
uguale a quella esterna.
mopack)
Cosa osservare: Un bicchiere di vetro, ricoperto
da una pellicola fissata con un elastico alla estremitá
cava, viene appoggiato sul supporto della pompa
pneumatica. Azionando la pompa, estraiamo l’aria
dalla campana. La pellicola si gonfia fino a rompersi.
Cosa vuol dire: La pressione esercitata dall’aria
esterna, non piú bilanciata da quella in precedenza
esercitata dall’aria interna, provoca in pochi istanti
la lacerazione della pellicola.
Emisferi di Magdeburgo
Materiale utilizzato: Pompa pneumatica, emisferi di Magdeburgo
Notizie storiche: Intorno al 1655 Otto von Guericke (1602-1686), borgomastro di Magdeburgo, mise
a punto una pompa pneumatica che poteva estrarre
l’aria da recipienti a tenuta. Grazie a questo nuovo
strumento, von Guericke poté allestire a Magdeburgo,
nel 1657, una spettacolare esperienza alla quale assisté un enorme numero di concittadini.
Cosa osservare: Appoggiare la valvola leggermente
aperta degli emisferi sul disco della pompa a vuoto,
ed azionare la pompa in modo da togliere l’aria
all’interno. Dopo un breve intervallo di tempo sará
Campanello elettrico
Materiale utilizzato: Pompa pneumatica, campanello elettrico o qualsiasi altra sorgente di suono e
campana di vetro
Cosa osservare: Il campanello viene posto sul piatto della pompa aspirante e si aziona collegandolo in
cc ad una ddp di circa 10 V, infine viene coperto dalla
campana di vetro e si aziona la pompa. Si osserva
che, man mano che l’aria viene aspirata, il suono del
campanello diviene sempre pi impercettibile fino a
scomparire.
Cosa vuol dire: Il suono e la luce sono due diversi
tipi di onde: meccaniche ed elettromagnetiche. Le
onde meccaniche necessitano di un mezzo per propagarsi, quale l’aria, mentre le onde elettromagnetiche
si possono propagare anche nel vuoto. Quando viene
tolta l’aria dalla campana di vetro, viene tolto il
mezzo di propagazione per le onde sonore, mentre
la propagazione delle onde elettromagnetiche non
viene influenzata; per questo non si recepisce piú il
suono del campanello, mentre gli oggetti interni alla
campana sono ancora visibili.
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Tubo di Newton
cosı́ una spinta maggiore verso l’alto che le permette
di stare in equilibrio con il contrappeso posto sulla
Materiale utilizzato:
Pompa pneumatica, bilancia.
tubo di Newton con due oggetti di massa diversa
all’interno
Notizie storiche: L’esperimento del tubo a vuoto é Palloncino nel vuoto
stato ideato e progettato da Galileo Galilei, che non
é stato peró il suo esecutore, a causa dell’inesistenza Materiale utilizzato: Pompa pneumatica, camdi macchine pneumatiche. Il primo scienziato ad pana di vetro, palloncini.
eseguire questo esperimento é stato Isaac Newton. Cosa osservare: Si prende un palloncino di gomma,
Cosa osservare: Nel tubo di vetro sono state in- lo si gonfia leggermente e lo si annoda all’estremitá.
serite una piuma, una sfera di metallo e un pezzettino In seguito lo si mette sotto ad una campana di vetro
di cartone; ad una estremitá del tubo si trova un insieme ad un palloncino vuoto, collegata tramite un
rubinetto dal quale, per mezzo di una macchina pneu- tubo ad una macchina pneumatica che toglie da sotto
matica é possibile aspirare l’aria dall’intero tubo. Se la campana tutta l’aria presente, creando il vuoto.
all’interno del tubo é presente l’aria, si puó notare Dopo poco tempo dall’accensione della macchina
che capovolgendo lo strumento la sfera di metallo pneumatica il palloncino comincia a gonfiarsi sempre
tocca l’estremitá del tubo per prima, il cartoncino di piú. Se invece si toglie dalla campana il tubo che
per secondo e la piuma per ultima. Se invece al tubo la collega alla macchina pneumatica, cosı́ da lasciar
é stata tolta l’aria, si puó notare che tutti e tre gli entrare l’aria, il palloncino si sgonfia fino a ritornare
allo stato iniziale.
oggetti nel tubo cadono contemporaneamente.
Cosa vuol dire: l’esperimento del tubo di New- Cosa vuol dire: Con questo esperimento viene verton serve a dimostrare come in assenza di aria sia ificata la legge di Boyle, cioé a temperatura costante
valido il principio di Galileo Galilei, secondo cui ogni pV = cost: appena la pressione esterna diminuisce,
corpo cade con la stessa accelerazione, e pertanto due grazie all’aspirazione dell’aria, il volume dell’aria
oggetti lasciati cadere contemporaneamente arrivano all’interno del palloncino aumenta; viceversa quando
nello stesso istante. In aria la differente velocitá di la pressione esterna aumenta, il volume dell’aria nel
caduta dei gravi é dovuta alla diversa resistenza che palloncino diminuisce. Tutto ció avviene perché i
gas, al contrario dei solidi e dei liquidi, non hanno
l’aria pone sui corpi.
un proprio volume e quindi, in assenza di pressione
esterna, le loro molecole possono allontanarsi tra di
Baroscopio
loro a piacimento.
Materiale utilizzato: Pompa pneumatica, Baroscopio
Notizie storiche: Il baroscopio, strumento inventato da Otto von Guericke (1602-1686), serve per la
dimostrazione del principio di Archimede applicato
ai gas, secondo cui ”un corpo immerso in un fluido
riceve una spinta dal basso verso l’alto uguale al peso
del fluido spostato”.
Cosa osservare: l’esperimento consiste nel porre
sotto una campana di vetro una bilancia che invece
dei due piatti consueti ha agganciati da una parte
una sfera cava di grande volume, dall’altra un peso
di massa maggiore ma di minor volume. Si nota
subito che i due pesi sono perfettamente in equilibrio
in aria. Quando invece, per mezzo di una pompa
pneumatica, viene tolta l’aria da sotto la campana,
si nota che la bilancia s’inclina pendendo dalla parte
della sfera cava, che nel vuoto pesa dunque di piú
del contrappeso.
Cosa vuol dire: La sfera, avendo un volume maggiore, sposta una maggiore quantitá d’aria ricevendo
Ebollizione dell’acqua a temperatura
ambiente
Materiale utilizzato: Pompa pneumatica, bicchiere con acqua.
Cosa osservare: Eliminando l’aria all’interno della
campana a vuoto si osserva che l’acqua bolle pur
mantenendosi a temperatura ambiente.
Cosa vuol dire: In situazioni normali l’acqua bolle
a circa 100o C, questo perché a quella temperatura
il calore conferisce alle molecole un’energia cinetica
sufficiente per spezzare i legami dello stato liquido
e le molecole si possono liberare sotto forma di gas;
sarebbe peró piú corretto dire che questo accade
a quella temperatura (100o C) e a quella pressione
(1 atm). Togliendo l’aria si abbassa la pressione e
l’acqua bolle ad una temperatura minore dei 100o C,
esattamente a temperatura ambiente.
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Esperimenti con le macchine
elettrostatiche
Fenomeni elettrici
Materiale utilizzato: Bacchette di vetro, plastica
ebanite, panni di lana e gatto, corpi leggeri, pendolini
elettrici.
Cosa osservare: Alcuni corpi hanno la capacitá di
attirare corpi leggeri se vengono strofinati. Ad esempio se si strofina una bacchetta di vetro con un panno
di lana si osserva che essa attira corpi leggeri come
pezzettini di carta o palline di sughero. Quando un
corpo ha acquistato la proprietá di attirare i corpi
leggeri si dice elettrizzato. Se due bacchette dello
stesso materiale vengono elettrizzate mediante un
panno di lana esse si respingono. Bacchette di materiale diverso invece possono attirarsi o respingersi a
secondo della loro natura.
Cosa vuol dire: Ci sono solo due tipi di elettricitá
quella positiva e quella negativa, cariche dello stesso
segno si respingono, cariche di segno opposto si attraggono. I tipi di elettrizzazione sono per strofinio,
contatto ed induzione.
Elettroscopio
Materiale utilizzato: Bacchette di vetro, plastica
ebanite, panni di lana e gatto, corpi leggeri.
Notizie storiche: l’elettroscopio é uno strumento
utilizzato per misurare la carica elettrica di un corpo
elettrizzato. L’esempio piú semplice fu inventato e
costruito da Faraday.
Cosa osservare: L’elettroscopio é costituito da
un’ampolla di vetro con all’interno una coppia di
foglioline d’oro collegate ad un’asta metallica. L’asta,
che termina nella parte superiore con una sfera di
alluminio, entra nell’ampolla attraverso un tappo di
materiale isolante. Se si avvicina alla sferetta un
corpo carico elettricamente si vedono le due foglioline divergere. Allontanando il corpo carico, le
due lamine tornano ad avvicinarsi, il tipo di elettrizzazione che é stata effettuata é quella per induzione.
Se invece col corpo carico, si tocca il pomello di
metallo dell’elettroscopio, le due foglie rimarranno
divergenti anche dopo il suo allontanamento, in tal
caso si tratta di elettrizzazione per contatto.
Cosa vuol dire: Nell’elettrizzazione per induzione
la vicinanza di una bacchetta di plastica, strofinata
precedentemente con un panno di lana, richiama nel
pomello le cariche di segno opposto al corpo elettrizzato e quindi sulle foglioline si concentrano cariche
dello stesso segno che si respingono. Quando invece
Figure 7: Macchina di Wimshurst
si tocca l’elettroscopio con la bacchetta, anche se poi
viene allontanata, le foglie continuano a divergere
perché vi é un passaggio delle cariche negative della
bacchetta all’elettroscopio, le foglioline d’oro, in tal
caso, sono caricate negativamente e pertanto si respingono. Toccando con la mano il pomello si scarica
a terra la carica in eccesso e l’elettroscopio diventa
neutro.
Macchina di Wimshurst
Materiale utilizzato: la macchina di Wimshurst
Notizie storiche: la macchina elettrostatica di
Wimshurst é un dispositivo ad induzione inventato
dall’omonimo scienziato nel 1882 in Inghilterra. Con
tale generatore si é in grado di produrre delle scintille tra due elettrodi costituiti da bacchette o da
sfere collegati a due armature di un condensatore.
Si verifica in pratica una scarica dello stesso tramite
formazione di arco la cui dimensione ed il cui tempo
di vita dipendono dalla carica immagazzinata e dalla
distanza a cui sono posti gli elettrodi.
Cosa osservare: Ruotando la manovella della
macchina si osserva la rotazione in antefase dei due
dischi e lo scoccare delle scintille tra i due elettrodi
della macchina. L’intensitá delle scintille dipende
dalla distanza tra i due elettrodi e dalla carica
accumulata nelle bottiglie di Leyda presenti nella
macchina stessa.
Cosa vuol dire: la macchina elettrostatica di
Wimshurst é costituita da due dischi di materiale
isolante, sulle superfici esterne di entrambi i dischi
sono presenti una serie di settori metallici sottili
di forma rettangolare. Su dei supporti sono poste
dalle spazzole dai crini metallici, chiamate barre
neutralizzatici, necessarie per la realizzazione di contatti striscianti tra i dischi opposti. Azionando la
manovella, mediante pulegge, i due dischi ruotano in
antefase e, sfregando contro le spazzole, immagazzinano sulle loro superfici delle cariche di opposta
polaritá.
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Argano elettrico
Materiale utilizzato: Argano elettrico, macchina
di Wimshurst
Cosa osservare: collegando l’argano elettrico con
un elettrodo della macchina elettrostatica si osserva
che l’argano ruota in senso opposto delle punte.
Cosa vuol dire: Con la macchina di Wimshurst si
carica l’elettrodo collegato con l’argano. Le punte
dell’argano sono appuntite e vengono caricate con la
macchina elettrostatica. Le cariche si distribuiscono
uniformemente sulla superficie dei conduttori e nelle
punte vi é una concentrazione maggiore di carica
in quanto la superficie coinvolta é minore. Poiché
l’esperimento si effettua in aria, le punte liberano in
aria cariche dello stesso segno che ionizzano l’aria
circostante. In sostanza l’aria é ionizzata nello stesso
segno delle punte dell’argano. Sapendo che cariche di
segno uguale si respingono si crea un moto di cariche
che corrisponde al vento elettrico, pertanto le pale
dell’argano ruotano in direzione opposta delle punte.
Gabbia di Faraday
Materiale utilizzato: Macchina di Wimshurst,
gabbia di Faraday, lastra piana, elettroscopi
Notizie storiche: Michael Faraday osservó nel 1836
che in un conduttore cavo elettricamente carico, le
cariche si concentrano sulla superficie esterna e non
hanno alcuna influenza su ció che si trova all’interno.
Per dimostrarlo costruı́ una stanza rivestita da un
foglio metallico e applicó dall’esterno l’alta tensione
prodotta da un generatore elettrostatico. Utilizzando
un elettroscopio mostró che all’interno della stanza
non era presente carica elettrica.
Cosa osservare: La gabbia di Faraday si puó
trovare sotto forma di gabbia da canarino o di lastra
piana. La lastra piana é costituita da una lastra
metallica con strisce di carta velina da entrambi i
lati ed é collegata ad una macchina elettrostatica.
Mettendo in funzione la macchina elettrostatica si
puó osservare che le strisce di carta velina si sollevano da entrambi i lati. Se invece si chiude la lastra
piana accostando le due estremitá, si nota che le
strisce poste all’esterno si sollevano, mentre quelle
all’interno mantengono inalterata la loro posizione.
Nella gabbia di Faraday a forma di gabbia si osserva
lo stesso fenomeno che si verifica quando si chiude la
lastra piana.
Cosa vuol dire: Nella lastra piana aperta, collegata ad un generatore elettrostatico, la carica si
distribuisce su entrambi i lati e quindi anche sulle
striscioline, in questo modo sia la carta velina, sia
la superficie metallica vengono caricate con cariche
dello stesso segno. Dato che cariche di segno uguale
si respingono, l’estremitá libera delle strisce tende
ad allontanarsi e quindi si solleva. Questo avviene in
entrambi il lati della lastra metallica. Diversamente
succede quando la lastra piana é chiusa, infatti la
carica si distribuisce solo sulla superficie esterna,
dove si possono notare le strisce che si alzano e non
all’interno, dove invece non vi é alcun moto di cariche,
infatti le strisce rimangono ferme. Se si pone un elettroscopio all’interno della gabbia di Faraday non
viene misurato alcun passaggio di carica.
Cappello di pagliaccio
Materiale utilizzato: Macchina di Wimshurst,
cappello di pagliaccio.
Cosa osservare: Dopo aver collegato il cappello
di pagliaccio alla macchina elettrostatica, si osserva
che le strisce di carta velina con le quali é fatto il
cappello si allontanano tra di loro, per poi ritornare
nella situazione iniziale a scarica terminata.
Cosa vuol dire: Con la macchina elettrostatica vi
é stato un passaggio di cariche dall’elettrodo al cappello di pagliaccio che sono tutte dello stesso segno.
Le cariche passano alle strisce di carta del cappello
che si caricano dello stesso segno dell’elettrodo a cui il
cappello é collegato. Tenendo conto che cariche dello
stesso segno si respingono, le striscioline di carta si
alzano perché si respingono.
La corrente indotta
Esperimento di Faraday
Materiale utilizzato: una bobina con N spire,
cavi di collegamento, un galvanometro, un magnete
rettangolare.
Cosa osservare: se si avvicina o si allontana il
magnete alla bobina, si osserva nel galvanometro lo
spostamento dell’indice che indica un passaggio di
corrente.
Cosa vuol dire: con una variazione del flusso
del campo magnetico si genera corrente che viene
chiamata corrente indotta, il flusso del campo magnetico viene definito come: φ = BScosα, e in questa
esperienza di Faraday varia l’angolo α.
Alternatore
Materiale utilizzato: alternatore e galvanometro.
Cosa osservare: girando la manovella dello strumento, viene fatto ruotare il magnete all’interno della
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bobina, ai capi della quale sono collegati due led, uno
rosso ed una verde che si accendono in modo alternato.
Cosa vuol dire: i fenomeni che si osservano sono
quelli dell’induzione elettromagnetica e la produzione
di corrente alternata. In tal caso il flusso del campo
magnetico é variabile ed il suo andamento ha carattere sinusoidale. Il carattere alternato della corrente
lo si puó osservare direttamente nel galvanometro e
dall’accensione alternata dei due led colorati.
Motore dinamo
Materiale utilizzato: modello di dinamo.
Cosa osservare: ruotando la manovella dello strumento si produce energia meccanica che viene trasformata in energia elettrica.
Cosa vuol dire:
la dinamo é una macchina
rotante in grado di trasformare energia meccanica in
elettrica. Essa gode del principio di reversibilitá
in quando si puó effettuare il viceversa (motore
elettrico) cioé trasformare energia elettrica in energia meccanica, il fenomeno fisico che permette la
trasformazione dell’energia meccanica in elettrica si
chiama induzione elettromagnetica. Nella dinamo si
fa ruotare una parte mobile chiamato rotore rispetto
ad una parte fissa chiamata statore. La potenza elettrica che si osserva attraverso l’intensitá luminosa é
direttamente proporzionale alla velocitá di rotazione.
Ringraziamenti
Si ringraziano tutti gli studenti delle classi 1B, 2B,
3B e 4C Scientifico per il contributo fornito e per la
loro disponibilitá.
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