Verifica sperimentale del carattere vettoriale delle forze

Transcript

1 Classe 4^ AC a.s. 2013/2014 Verifica sperimentale del carattere vettoriale delle forze Obiettivo dell esperimento: dimostrare che la somma di due forze è ottenuta attraverso la regola del parallelogramma, legge di composizione dei vettori. Materiale e attrezzatura occorrente: 3 stativi (aste verticali fissate alla base) 1 dinamometro di portata 10N e sensibilità 0,1 N 1 corda di cotone 2 carrucole 9 cilindretti di massa 20g ciascuno 2 supporti per appoggiare i cilindretti di massa 20g. MONTAGGIO DELL APPARECCHIATURA: DINAMOMETRO STATIVO O PUNTO DI APPLICAZIONE DELLE DUE FORZE FILO DI COTONE CARRUCOLA SOSTEGNO DEI CILINDRETTI

2 Lo strumento sopra rappresentato è costituito da tre stativi. A quello centrale è appeso un dinamometro al quale è agganciato un filo di cotone mediante un 'asola: il nodo formato costituisce il punto O di applicazione delle due forze di cui si vuole calcolare la risultante. I due pezzi di filo passano, poi, attraverso due carrucole agganciate agli altri due stativi da due morse. Le carrucole sono utilizzate per modificare la direzione delle forze applicate al punto O, senza alterarne il modulo. Alle estremità dei fili sono stati poi legati i due sostegni sui quali vengono collocati i cilindretti. Tempo impiegato: 1h Procedimento: I cilindretti appoggiati sui sostegni producono due forze che attraverso il filo si applicano al punto O e lo spostano. Il dinamometro attraverso la molla interna applica allo stesso punto una forza elastica che lo ferma e lo mantiene in equilibrio( detta equilibrante). Per rappresentare le forze in modo da poterne calcolare la risultante, viene posizionato un foglio dietro ai due fili. Su di esso si segna con dei punti tracciati con la matita la posizione del punto O e dei due fili. Successivamente sul foglio, a partire dal punto O, sono disegnati i vettori rappresentanti le due forze. Per la rappresentazione si è convenuto di considerare 1cm equivalente ad una forza di intensità 0,196 N ( ottenuta dal prodotto di una massa di 0,020kg per l'accelerazione di gravità 9,8m/s 2 ). Ad esempio, se si applica un cilindretto di 0,040kg, il vettore rappresentato avrà il modulo di 2 cm e rappresenterà la forza di modulo 0,392N. Il modulo del vettore somma è stato determinato in due modi: disegnando manualmente il parallelogramma con le forze rappresentate e adoperando il programma di geometria dinamica Geogebra. Si eseguono tre prove, in ognuna sono utilizzate masse diverse che producono con il loro peso coppie di forze diverse rappresentate dai vettori a e b. Di esse si hanno le seguenti immagini:

3 1^ Prova Disegno realizzato manualmente Disegno realizzato con Geogebra esperimento m 1 (kg) m 2 (kg) Prova α(gradi) I a I (cm) I b I (cm) Ia+bI (cm) ,5

4 2^prova: Disegno realizzato manualmente Disegno realizzato con Geogebra esperimento m 1 (kg) m 2 (kg) α(gradi) I a I (cm) I b I (cm) Ia+bI (cm) Prova ,5

5 3^prova: Disegno realizzato manualmente Disegno realizzato con Geogebra esperimento m 1 (kg) m 2 (kg) α(gradi) I a I (cm) I b I (cm) Ia+bI (cm) Prova , ,8

6 Tabella riepilogativa : esperimento M 1 (kg) M 2 (kg) α(gradi) F 1 (N) F 2 (N) R(N) E(N) Prova N 0.5 N Prova N 0.5 N Prova , N 1.2 N Conclusioni: Premesso che la verifica dell obiettivo dell esperimento è data dalla coincidenza dei moduli della risultante R e dell equilibrante E, visto che esse hanno stessa direzione( quella verticale) e verso opposto, i risultati in tabella mostrano che la seconda prova e la terza confermano perfettamente quanto atteso. Per la prima prova c è uno scarto di due decimi di Newton. Pertanto, con due prove su tre, pari al 67% si può considerare verificato che la forza è una grandezza vettoriale. Difficoltà incontrate: le difficoltà maggiori si sono avute nel posizionare il foglio dietro al sistema di forze per segnare il più correttamente possibile il punto O ed i punti che avrebbero permesso di tracciare le direzioni delle forze applicate. Possibili cause di errore ed eventuali modifiche proposte: l'esperimento potrebbe essere migliorato lavorando sulle fotografie fatte delle tre prove, riproducendo direttamente sulle immagini i vettori rappresentanti le forze applicate al punto O servendosi del software di geometria dinamica Geogebra. Inoltre un numero maggiore di prove con masse sempre diverse condurrebbe a risultati certamente più attendibili.