Scopo dell’esperienza: Esaminare le proprietà di un oscillatore meccanico – Esaminare il
fenomeno della risonanza
Strumentazione
Molle di varia costante elastica; lamina metallica; motore con rotazione a frequenza variabile.
Pesetti, corpo sferico di massa nota. Morsetto, aste verticali.
Descrizione dell’esperienza
L’esperienza può iniziare prendendo in esame le oscillazioni di una molla, o di più molle di costante
elastica diversa, appese verticalmente ad un’asta rigida e sostenenti pesetti. Si può esaminare la
frequenza propria dell’oscillazione contando un certo numero di periodi, ed eventualmente variare
m
la massa per verificare la legge T = 2π
dove m è la massa del pesetto (la molla è supposta di
k
massa nulla) e k è la costante elastica della molla. Si può misurare staticamente la costante k.
Si monta poi l’attrezzatura formata dalla lamina, serrata verticalmente da un morsetto e collegata
con un filo a un gancio messo in rotazione attorno ad un asse orizzontale da un motorino elettrico.
Il motorino ha un comando per la variazione della frequenza di rotazione e un altro per invertirne il
senso. Sulla punta della lamina è fissato un corpo sferico di massa m ≈ 28 g. Si fa prima osservare la
oscillazione libera della lamina allontanata dalla sua posizione di equilibrio e poi rilasciata, e come
questa oscillazione avvenga a una frequenza determinata (frequenza propria) ma con una ampiezza
decrescente (oscillazione smorzata) a causa degli attriti meccanici presenti. Poi si collega la lamina
al motorino e lo si mette in rotazione inizialmente a bassa frequenza, poi a frequenze via via
crescenti (oscillatore forzato). Si osserverà che l’ampiezza dell’oscillazione della lamina,
inizialmente piccola, tenderà a crescere fino a raggiungere un valore elevato in corrispondenza di
una determinata frequenza di rotazione, che corrisponderà alla frequenza di oscillazione “propria”
precedentemente osservata. All’aumentare della frequenza di rotazione del motorino l’ampiezza
dell’oscillazione diminuirà fortemente per tornare ai bassi valori iniziali.
Si sarà così osservato il fenomeno della “risonanza meccanica” fra la forza applicata all’oscillatore
e l’oscillatore stesso, fenomeno che corrisponde alla massima efficienza di trasferimento
dell’energia meccanica. Sarà opportuno spiegare il fenomeno con il fatto che, se la forza non è
applicata nei momenti opportuni, essa ha l’effetto non di dare impulso all’oscillazione ma di
frenarla, perché applicata “in controtempo”: si potrà portare ad esempio l’oscillazione di una
altalena che deve essere sostenuta da una spinta sempre nello stesso opportuno momento (“fase”)
dell’oscillazione stessa.
Si potrà indicare qualitativamente la curva “a campana” come quella che rappresenta la variazione
dell’ampiezza di oscillazione in funzione della sua frequenza.
L’esperienza si potrà ripetere osservando prima le oscillazioni libere e poi quelle forzate nel caso,
per esempio, che la massa fissata sulla punta della lamina venga raddoppiata.
Esempio di curva di risonanza.
