Arianna Berta 2C
ESPERIMENTO DI FISICA
STUDIO DI UN MOTO UNIFORMEMENTE ACCELERATO CON LA ROTAIA A
CUSCINO D’ARIA
MATERIALE UTILIZZATO
-
Rotaia con cuscino ad aria
Carrello (204,11 g)
Pesino (26,09 g)
Gancio traino
Metro (sensibilità 1 mm), applicato sulla rotaia
fotocellule
Timer
Dispositivo di sgancio, ovvero una calamita
La rotaia con cuscino ad aria è così composta:
1. Si tratta di un tubo a sezione triangolare o quadrata che, per tutta la sua lunghezza, è
dotato di alcuni forellini a distanza di 1 cm l’uno dall’altro. Il tubo è chiuso ad un’estremità
e dall’altra è collegato ad un compressore che immette nel tubo dell’aria.
2. Sulla rotaia viene appoggiato un carrellino che si adatta perfettamente alla forma del tubo.
3. L’aria immessa nel tubo fuoriesce dai forellini creando uno spazio tra il tubo (cioè la rotaia)
e il carrellino che vi è appoggiato sopra, in questo modo il carrello rimane sollevato e
l’attrito tra la rotaia ed il carrello viene annullato quasi del tutto. È possibile, pertanto,
rendere trascurabile la sua azione frenante.
4. La rotaia è supportata da quattro piedi regolabili che la tengono sollevata e permettono di
poterla mantenere in piano oppure inclinarla. in particolare, in questo esperimento non
bisogna avere una inclinazione.
5.
Alla rotaia è fissato un metro per poter rilevare le distanze percorse dal carrello posto
sulla rotaia.
6. Lungo la rotaia sono collocate delle fotocellule, necessarie per effettuare la misurazione
del tempo impiegato dal carrellino per raggiungere determinate posizioni.
7. A tutto il sistema è collegato un timer che viene azionato alla partenza del carrellino
SCOPO
Dimostrare che la forza di gravità è una forza conservativa. Una forza si definisce conservativa quando
il lavoro da essa compiuto risulta indipendente dal percorso effettuato, la traiettoria, mentre dipende
solamente dalle posizioni iniziale e finale.
Dimostrazione del primo principio della dinamica, o anche definito principio di inerzia, secondo il quale un
oggetto in movimento non soggetto ad alcuna forza, nemmeno quella di attrito, continua a muoversi con la
stessa velocità vettoriale, cioè nella stessa direzione, nello stesso verso e con lo stesso valore di velocità.
Dimostrazione del secondo principio della dinamica, secondo il quale una forza agente su un corpo, o una
forza risultante di un insieme di forze agenti su un corpo, imprime su di esso un’accelerazione nella stessa
direzione e nello stesso verso della forza applicata: F= ma
DESCRIZIONE DELL’ESPERIMENTO
Per effettuare l’esperimento si procede nel seguente modo:
per prima cosa occorre accertarsi che la rotaia sia perfettamente in equilibrio sulla superficie piana
sulla quale è posta, successivamente si collocano, facendo riferimento al metro situato sulla rotaia
stessa, due o più fotocellule, collegate ad un timer che deve essere azionato solamente al
momento della partenza del carrellino. Al carrellino viene attaccato un pesino di massa 26,09g
mediante un gancio traino. Il carrellino è mantenuto fermo grazie all’azione frenante di una
calamita, che costituisce il dispositivo di sgancio. In seguito si procede nella misurazione del moto
del sistema( carrellino e pesino):
1.si accende il compressore in modo da eliminare l’attrito tra il carrello e la rotaia
2. si attivano le fotocellule e il timer
3. si lascia il carrellino, che viene azionato propriamente dall’azione della forza di gravità agente
sul carrello stesso
4. si effettuano le misurazioni:
1. S= 82,5 m
t1= 1,14s t2= 1,15s t3= 1,14s t4= 1,14s
2. S= 63 cm
t1= 0,98s t2= 0,98s t3= 0,99s t4= 0,98s
3. S= 43cm
t1= 0,81s t2= 0,83s t3= 0,79s t4= 0,79s
OSSERVAZIONI: Risulta particolarmente evidente che in tutte le misurazioni effettuate c’è un
margine di errore più o meno elevato. È lampante che più il percorso delimitato dalle fotocellule è
corto, meno precise e più soggette ad errori sono le misurazioni del tempo; il cronometro infatti
possiede una portata limitata ai centesimi di secondo.
ANALISI DEI DATI
Dati ottenuti mediante la legge di Newton
Spazio
percorso (m)
Tempo (s)
𝐹
𝑚
= 𝑎 e la legge oraria del moto 𝑎 =
Accelerazione
m
𝑠2
Massa
sistema (kg)
Forza peso (n)
2S
𝑡2
Accelerazione
calcolata con
legge dinamica
F=m*a;
0,825 m
0,63 m
0,43 m
1,14 s
0,98 s
0,80 s
1,269 m/s2
1,312 m/s2
1,327 m/s2
0,2302 kg
0,2302 kg
0,2302 kg
0,2559 N
0,2559 N
0,2559 N
𝐹
𝑚
=𝑎
1,11182
1,11182
1,11182
Le misurazioni del tempo sono state ottenute facendo la media dei valori ricavati
dall’esperimento.
ANALISI DELL’ERRORE
È evidente che l’esperimento non ha prodotto i risultati sperati, in quanto non è riuscito. Sarebbe
inutile tuttavia ripeterlo dal momento che si otterrebbero i medesimi dati. L’errore potrebbe
essere dovuto alla limitata precisione dello strumento del timer, che si estende solo fino ai
centesimi di secondo e non permette quindi di effettuare misurazioni più precise o a circostanze
casuali. L’esperimento non ci consente, dunque, di verificare la legge della dinamica, ma soltanto
di dimostrare quella della accelerazione.
Er% : ( valore massimo dell’accelerazione – valore minimo legge della dinamica/2): valore
medio*100
1. 6,6%
2. 8,25%
3. 8,82%
Come è facilmente constatabile l’errore è troppo elevato, se si considera che dovrebbe
risultare <5.
CONCLUSIONE
Si conclude facilmente che il movimento del carrellino è determinato dalla forza di gravità che su
questo agisce, che dunque compie il lavoro .è inoltre dimostrabile il principio di conservazione
dell’energia: il pesino perde energia potenziale, il carrellino acquisisce energia cinetica.
