Liceo Scientifico I. Nievo - Padova Laboratorio di Fisica

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1 Liceo Scientifico I. Nievo - Padova Laboratorio di Fisica Esercitazione n. 1 Data: Alunno o gruppo: Spiezia Nicolò gruppo n 3 Classe: 4 Sez.: A Giudizio e voto TITOLO: IMPULSI IN UNA MOLLA ELICOIDALE SCOPO DELL ESPERIENZA: studiare la forma, l ampiezza, la velocità, la sovrapposizione, la riflessione, la trasmissione di impulsi in una molla elicoidale. SCHEMA DELL APPARECCHIATURA SPERIMENTALE 1 molla elicoidale leggera (m=0,159 Kg) 1 molla elicoidale pesante (m=1,270 Kg) 1 cordella metrica (portata:10m; sensib.:1cm) 1 cronometro (sensib.: 0,01 s) 1 dinamometro (portata 15 N; sensib.:0.1 N) 1 spago DESCRIZIONE DELLA PROVA E CONSIDERAZIONI PARTE PRIMA Dopo aver disteso la molla pesante sul pavimento, tenendo fermo un estremo della molla, generare delle brevi deformazioni impulsive, con un rapido scuotimento del braccio, facendo attenzione a non superare la posizione di partenza durante il movimento di ritorno. Scopo dell esperienza è determinare da che variabili dipende la velocità di un impulso attraverso una molla e come esso si propaga. Le variabili da prendere in considerazione sono: lo spazio percorso dall impulso, l ampiezza dell impulso, la lunghezza della molla, la tensione della molla, la struttura della molla. Studiamo ora i diversi casi dove tutte le variabili tranne una restano costanti e cerchiamo di capire quali o meno influenzano il moto dell impulso. Innanzitutto, possiamo osservare, al di là delle variabili, che dopo un po l impulso svanisce; questo è dovuto all attrito della molla con il pavimento.

2 1 CASO Tenendo costanti la lunghezza della molla (8 m) e l ampiezza dell impulso (30 cm), determinare se la velocità con cui l impulso viaggia lungo la molla varia nel tempo. Lunghezza della molla = 8 m Ampiezza dell impulso = 30 cm Tab. 1 spazio (m) tempo (s) t medio velocità s/t (m/s) t 1 t 2 t 3 8,00 1,04 0,95 1,02 1,00 7,97 16,00 2,19 2,38 2,24 2,27 7,05 24,00 3,38 3,27 3,27 3,31 7,26 32,00 4,51 4,55 4,46 4,51 7,10 Notiamo che dopo intervalli di tempo maggiori la velocità diminuisce; questo è dovuto all attrito con il pavimento. Se l attrito con il pavimento fosse nullo immagino che la velocità dell impulso rimanga costante nel tempo. Ritengo inoltre che ogni riflessione dell impulso non sottragga energia al moto. 2 CASO Tenendo costanti la lunghezza della molla (8 m) e lo spazio di misura (16 m), determinare se la velocità con cui l impulso viaggia lungo la molla varia a seconda dell ampiezza. Lunghezza della molla = 8 m Spazio di misura =16 m Tab. 2 ampiezza tempo (s) t medio velocità s/t (m/s) Impulso (cm) t 1 t 2 t 3 15,00 2,16 2,11 2,11 2,13 7,52 30,00 2,27 2,23 2,16 2,22 7,21 45,00 2,17 2,23 2,20 2,20 7,27 Dai dati della tabella vediamo come l ampiezza non influenzi significativamente la velocità dell impulso. 3 CASO Tenendo costanti l ampiezza dell impulso (45 cm) e lo spazio di misura (16 m), determinare se esiste un legame tra la velocità dell impulso e la tensione della molla. Ampiezza impulso = 45 cm Spazio di misura = 16 m

3 Tab. 3 lunghezza tempo (s) t medio velocità s/t (m/s) molla (m) t 1 t 2 t 3 6,00 3,47 3,31 3,35 3,38 4,74 7,00 2,81 2,84 2,76 2,80 5,71 8,00 2,17 2,23 2,20 2,20 7,27 Notiamo come la lunghezza della molla, quindi la sua tensione, influiscono significativamente sulla velocità dell impulso. Più la molla è tesa maggiore è la velocità di propagazione dell impulso Si calcoli ora la tensione (T espressa in N) della molla, a seconda della sua lunghezza, e la relativa densità lineare. D= m/l m=1,270 Kg Tab 4 lunghezza tensione T (N) densità Velocità Velocità Velocità molla (m) d=m/l (Kg/m) v=t*d v=t/d v= T/d 6,00 5,1 0,21 1,08 24,09 4,91 7,00 6,5 0,18 1,18 35,83 5,99 8,00 8,5 0,16 1,35 53,54 7,32 Confrontando ora i calcoli della velocità della tabella 3 con quelli della tabella 4 noto che i valori che più si avvicinano sono quelli della terza colonna, ovvero dove la velocità dell impulso è stata calcolata come radice quadrata del quoziente tra tensione e densità della molla. 4 CASO Si usino ora entrambe le molle, quella più pesante usata precedentemente e quella più leggera. Si sottopongano alla stessa tensione, in modo da evidenziare la dipendenza della velocità dalla densità T 1 = tensione molla pesante T 2 = tensione molla leggera T = 5,1 N tensione T (N) lunghezza (m) massa (Kg) densità (Kg/m) velocità misurata Tab 5 velocità calcolata m. pesante 5,1 6,00 1,270 0,212 4,74 4,91 m. leggera 5,1 8,70 0,159 0,018 16,70

4 COMSIDERAZIONI FINALI PARTE PRIMA Riassumendo, notiamo che la velocità di propagazione dell impulso lungo la molla è dipendente dallo spazio percorso e dalla tensione della molla mentre è indipendente dall ampiezza dell impulso.inoltre a parità di tensione la densità della molla influisce sulla velocità dell impulso. PARTE SECONDA a)si osservi ora come si comportano due impulsi che si propagano nello stesso mezzo. Per fare ciò si producano simultaneamente due impulsi di ampiezza molto diversa dallo stesso lato. Notiamo che i due impulsi si attraversano senza cambiare il verso. ANDATA RITORNO b)inviare ora due impulsi contemporaneamente dalle due estremità opposte, con la stessa ampiezza, prima dalla stessa parte, poi da parti opposte. Analizzando il comportamento della molla nel suo punto di mezzo notiamo che se gli impulsi sono dati dalla stessa parte essi si sommano (interferenza costruttiva) mentre se sono dati da parti opposte la loro somma nel punto di mezzo si annulla (interferenza distruttiva). c)in base alle osservazioni precedenti notiamo che due impulsi, incontrandosi, si attraversano senza subire modifiche, e non si urtano come avviene nel moto corpuscolare. PARTE TERZA Si studi ora come un impulso passa da un mezzo ad un altro. 1 CASO Creare un impulso da un estremo della molla, tenendo l estremo opposto fisso. Notiamo che l impulso, urtando contro il supporto rigido, cambia il lato di percorrenza. ANDATA RITORNO

5 2 CASO Si analizzi come un impulso viene riflesso in una molla avente l estremo libero di muoversi. Legare un estremo della molla ad un filo leggero (lunghezza 3 m circa). Notiamo che, a differenza dal caso precedente, se il supporto è libero il lato di percorrenza non cambia. 3 CASO Si analizzi come si propaga un impulso quando il secondo mezzo sia una molla, cioè quando l estremo della prima molla non è né fisso (1 caso), né libero (2 caso). Agganciare le due molle e provocare un impulso dapprima dalla molla leggera alla molla pesante e poi viceversa. Molla pesante-molla leggera: raggiunto il punto di congiungimento, l impulso si sdoppia: continua lungo la molla leggera e torna indietro lungo la molla pesante, mantenendo in entrambi i casi il lato iniziale. Avviene come se la molla pesante fosse attaccata ad un supporto non rigido. Molla leggera-molla pesante: raggiunto il punto di congiungimento, l impulso si sdoppia: continua lungo la molla pesante mantenendo il lato mentre torna indietro lungo la molla leggera capovolto. Avviene come se la molla leggera fosse attaccata ad un supporto rigido. Inoltre la velocità dell impulso è minore nella molla pesante mentre è maggiore nella molla leggera.

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