Istituto Tecnico Commerciale Statale Da Vinci + Besta Via Francesco Ciusa, 4 09131 CAGLIARI Tel. 070.403.116 Fax 070.497.933 Via Cesare Cabras 09134 MONSERRATO Tel. 070.56913.1 Fax 070.5691.352 PROGRAMMA DI FISICA A.S. 2014/2015 Classe 1 a Sez. B Docente: Elisabetta Maria Serra Libro di testo: Ruffo Studiamo la Fisica, Ed.Mondadori Pagine del libro da studiare: pag. 2 11, 16 17 (cenni), 19 20 (cenni), 25, 36 40, 43 44. Portare all'esame di Settembre il quaderno completo di appunti ed esercizi e delle relazioni delle esperienze di laboratorio, con i dati e i calcoli. 1. EQUIVALENZE TRA MULTIPLI E SOTTOMULTIPLI. NOTAZIONE SCIENTIFICA (UNITA' 1). Recupero delle competenze di base: moltiplicazioni e divisioni di un numero per una potenza di 10, numeri decimali, esercizi. Multipli e sottomultipli delle unità di misura metro, grammo e litro, esercizi di equivalenze. Prefissi dei multipli e sottomultipli e potenze di 10 corrispondenti. Il quintale e la tonnellata. Notazione scientifica, esercizi. Potenze di 10 e ordini di grandezza delle grandezze fisiche. L'arrotondamento matematico (cenni). 2. GRANDEZZE FISICHE E UNITA' DI MISURA (UNITA' 1, UNITA' 2 e UNITA' 3). Che cosa studia la fisica. Le grandezze fisiche, gli strumenti di misura, e le unità di misura, esempi: lunghezza, massa, volume, tempo, temperatura, forza, peso, densità, pressione. Simboli delle grandezze e delle unità di misura. Il Sistema Internazionale delle unità di misura. I prefissi del Sistema Internazionale, esercizi. Definizioni di massa, lunghezza, volume, densità. Le forze, gli effetti di una forza. La massa e il peso, l'accelerazione di gravità e la forza di attrazione gravitazionale (cenni), l'assenza di gravità (visione di filmati dell'esa sugli astronauti a bordo dell'iss in assenza di gravità, differenze con la Terra, e Questionario sui filmati). Le leggi fisiche: F p = m x g e d= m/v (esercizi). Grafico di grandezze direttamente proporzionali (cenni). 3. CHE COSA SIGNIFICA MISURARE UNA GRANDEZZA FISICA. Che cosa significa misurare una grandezza fisica. Gli strumenti di misura e la portata e sensibilità degli strumenti. Strumenti analogici e digitali. Misure dirette e indirette di grandezze fisiche. In laboratorio: misure con righello, metro, calibro, bilancia, becker, cilindro graduato, dinamometro, e determinazione della loro portata e sensibilità. Come si legge un cilindro graduato: il menisco dell'acqua. 4. LE LEGGI FISICHE (UNITA' 4) La pressione e la sua unità di misura nel SI. La pressione nei liquidi e la legge di Stevin. Il principio dei vasi comunicanti. Il principio di Pascal. La pressione sulle pareti del recipiente. Il sollevatore idraulico. Esempi ed esercizi (solo formule dirette, cenni sulle formule inverse).
5. LE ESPERIENZE DI LABORATORIO (UNITA' 1, UNITA' 2, UNITA' 3 e UNITA' 4). Lo studente ha imparato a fare misure in laboratorio, a fare in modo autonomo una relazione di laboratorio, a raccogliere i dati in tabella, ad elaborare i dati e ad applicare alcune leggi fisiche, a verificare sperimentalmente alcune leggi fisiche. In laboratorio: n.1: Misura del volume di un liquido. Il menisco dell'acqua. n. 2: Misura del volume di un solido (metodo geometrico e metodo per immersione) n. 3 parte 1 Il principio di Archimede. Perché un corpo solido galleggia? n. 3 parte 2 Il principio di Archimede. Confronto tra liquidi (acqua, alcool, olio, detersivo). Il galleggiamento dei corpi in liquidi diversi. n. 4 Determinazione della densità di un solido. n. 5 Peso in aria e peso in acqua e la Spinta di Archimede. Verifica della legge di Archimede. Verifica della legge F p = m x g. Si chiede allo studente e al docente che effettuerà i corsi di recupero di iniziare il ripasso del programma dallo studio delle relazioni di laboratorio (che vengono allegate al presente programma) e dallo studio dell'unità 4, effettuando gli esercizi che vengono proposti via via nelle relazioni e nell'unità 4, per recuperare le altre parti del programma. Cagliari, 05/06/2015 Il docente Gli alunni
Esperienza di laboratorio di Fisica n. 1 Titolo: Misura del volume di un liquido. Obiettivo Vogliamo misurare il volume di un liquido con un cilindro graduato e con altri strumenti. Vogliamo anche capire il concetto di Portata e Sensibilità di uno strumento. Materiale occorrente 3 cilindri graduati di diversa portata e sensibilità 1 becker graduato 1 spruzzetta piena d'acqua acqua 1 bilancia che apprezzi il grammo 1 buretta 1 sostegno per la buretta Schema dell'attrezzatura
Strumenti utilizzati 1 Cilindro graduato (sensibilità S=..., portata P=...) 2 Cilindro graduato (sensibilità S=..., portata P=...) 3 Cilindro graduato (sensibilità S=..., portata P=...) becker graduato (sensibilità S=..., portata P=...) buretta (sensibilità S=..., portata P=...) Bilancia digitale (sensibilità S=..., portata P=...) Procedimento Dopo aver determinato portata e sensibilità dei cilindri graduati, della buretta e del becker, versiamo nei tre cilindri i volumi V1, V2, V3 di liquido assegnati dalla professoressa e V4 nel becker. Procediamo in questo ordine: con la spruzzetta riempiamo di acqua la buretta fino allo zero. Versiamo con la buretta i volumi di liquido V1 e V3 nei cilindri 1 e 3. Con la spruzzetta versiamo il volume V2 nel cilindro 2 e il volume V4 nel becker. Pesiamo il becker pieno e poi vuoto e determiniamo la massa di quel volume V4 di acqua. Sottraendo la massa del becker vuoto da quella del becker pieno (cioè sottraendo la tara), possiamo determinare la massa del volume V4 di acqua. Pesiamo anche il cilindro 3 vuoto e pieno e determiniamo la massa di 5 ml di acqua. Vogliamo poi determinare la massa di 100 ml di acqua e la massa di 1 l di acqua. Raccolta dati ed elaborazione dati V1 (in ml) V2 (in ml) V3 (in ml) V4 (in ml) Nella buretta manca un volume pari a :... Determiniamo la massa dell'acqua: m becker+20ml =... m tara=... m 20ml =... m cilindro+5ml =... m tara=... m 5ml =... Quindi la massa di 100 ml di acqua sarà..., a meno degli errori sperimentali inevitabili. La massa di 1 l = 1000 ml di acqua sarà : m =...g =...kg Conclusioni La buretta è lo strumento più sensibile e quindi più preciso di tutti gli strumenti che abbiamo utilizzato. Più la sezione dello strumento è piccola (collo più stretto) più lo strumento è preciso. A meno degli errori sperimentali, 100 ml di acqua hanno una massa uguale a 100 g
Quindi 1 l = 1000 ml di acqua ha una massa uguale a 1000 g = 1 kg. Che cosa abbiamo imparato? Per l'acqua (e per i liquidi di densità molto prossima a quella dell'acqua) vale la seguente uguaglianza tra unità di volume e unità di massa: 1 l = 1 kg 1 ml = 1 g cioè 1 litro di acqua pesa 1 kg V acqua = 100 ml quindi m acqua = 100 g Il volume è lo spazio occupato da un corpo, sia esso solido o liquido. Nel SI il volume si misura in m 3 ma un'altra unità molto usata è il litro (1 l) Vale l'uguaglianza 1 l = 1 dm 3 e quindi anche 1 ml = 1 cm 3 Il volume di un liquido si misura mediante uno strumento tarato chiamato cilindro graduato, cioè un cilindro di vetro dotato di una scala graduata nella quale si legge direttamente la misura del volume del liquido. La lettura del valore di volume sulla scala graduata deve essere effettuata con attenzione, ponendo l'occhio alla stessa altezza del livello del liquido, perché altrimenti si commette un errore detto errore di parallasse. La superficie del liquido non è piana e orizzontale ma è concava e viene chiamata menisco. Per la lettura del livello del liquido si prende come riferimento la parte inferiore del menisco concavo per le soluzioni trasparenti.
La tara è massa del recipiente vuoto. Quando si pesa bisogna sottrarre la tara altrimenti si commette un errore: la massa pesata senza togliere la tara è più grande del valore reale corretto (cioè è un valore in eccesso). sensibilità S di uno strumento = minima variazione della grandezza misurabile con lo strumento (attenzione: non è il valore minimo misurabile!) portata P di uno strumento = massima grandezza misurabile con lo strumento. Per casa: Esercizio: Disegna le scale dei tre cilindri graduati, del becker e della buretta, con le tacche, evidenziando la Portata e la Sensibilità degli strumenti.
Esperienza di laboratorio di Fisica Titolo: Misura del volume di un solido regolare e di un solido irregolare. Obiettivo Vogliamo misurare il volume di un solido di forma regolare (ad esempio un cubo, un parallelepipedo, un cilindro, una sfera...), utilizzando due metodi diversi e confrontare i risultati ottenuti con i due metodi. Poi vogliamo misurare il volume di un solido di forma irregolare (ad esempio un sassolino) per immersione. Materiale occorrente 1 scatola di cartone piccola o 1 diario 1 solido di forma regolare (cilindro, sfera o parallelepipedo che possa entrare dentro il cilindro graduato). 1 sassolino piccolo (che possa entrare facilmente dentro il cilindro graduato), o un solido non solubile in acqua di forma irregolare 1 cilindro graduato da 100 ml o da 200 ml (portata) 1 spruzzetta piena d'acqua acqua 1 righello Schema dell'attrezzatura (disegno) Strumenti utilizzati Cilindro graduato (sensibilità S=..., portata P=...) Righello (sensibilità S=..., portata P=...) Procedimento Misuriamo il volume di un solido di forma regolare, ad esempio una scatola di cartone o il diario, utilizzando la formula per calcolare il volume di un parallelepipedo nota dalla geometria, misurando i lati del solido. Scegliamo poi un solido di forma regolare, una sfera, un cilindro, un parallelepipedo che possa entrare dentro il cilindro graduato, che non si danneggi se immerso in acqua e che non sia solubile in acqua.
Misuriamo il volume del solido regolare prima per via geometrica. Poi misuriamo il volume del solido per immersione: utilizzando un cilindro graduato, misuriamo il livello iniziale dell'acqua nel cilindro graduato, immergiamo il solido e poi determiniamo di quanto sale il livello dell'acqua nel cilindro, l'aumento di volume è il volume del solido. Confrontiamo i due risultati ottenuti. Poi misuriamo il volume di un solido di forma irregolare, ad esempio un sassolino per immersione, non determinabile per via geometrica. Raccolta dati ed elaborazione dati Metodo geometrico: oggetto Lato1 l1 (in cm) Lato2 l2 (in cm) Lato3 l3 (in cm) Volume V (in cm 3 ) Volume V (in m 3 ) scatola o diario Solido regolare o Raggio r o Altezza h Metodo per immersione: oggetto Volume Vini (in ml) Volume Vfin (in ml) Vsolido =Vfin Vini (in ml) Vsolido (in cm 3 ) Solido regolare Sassolino irregolare Conclusioni Confrontiamo i risultati ottenuti con i due metodi, tenendo conto che: 1 ml = 1 cm 3 Notiamo che i risultati sono leggermente diversi: è più preciso il metodo... perché......... Per i solidi di forma irregolare, l'unico metodo per misurare il volume è il metodo per immersione. Che cosa abbiamo imparato? 1 l= 1 dm 3 = 1000 cm 3 1 ml = 1 cm 3 Valgono le seguenti eguaglianze (equivalenze di volume): 1 dm 3 = 1000 cm 3 1 m 3 = 1000 dm 3 = 1.000.000 cm 3 = 1.000.000.000 mm 3 (RICORDA: nelle equivalenze di volume un salto da un'unità all'altra vicina corrisponde a moltiplicare o dividere per 1000)
Esperienza di laboratorio di Fisica n. 3 Titolo Galleggia o non galleggia? Principio di Archimede. (Principio di galleggiamento). PARTE 1: solidi immersi in acqua. Obiettivo Vogliamo studiare il comportamento di solidi di diversa densità (d = m / V), di materiali diversi, immersi in un liquido (ad esempio l'acqua). Vogliamo inoltre trovare la condizione di galleggiamento di un corpo, cioè capire quali corpi galleggiano e quali non galleggiano e perché. Materiale occorrente bilancia cilindro graduato becker acqua 1 bacinella solidi di diversa densità: paperella, tappo di sughero, legno, carta stagnola, palline di plastica, palline di gomma, alluminio, pentola, coperchio di una pentola, forchetta di plastica, cucchiaino, arancia, uovo, sale da cucina, polistirolo, ecc... Schema dell'attrezzatura (disegno) Strumenti utilizzati bilancia digitale (sensibilità S=..1 g..., portata P= 3000 g= 3kg...) becker (sensibilità S=...50 ml..., portata P= 200ml...) cilindro graduato (sensibilità S=...1 ml..., portata P=.100 ml...)
Procedimento Immergiamo diversi corpi in un recipiente trasparente pieno d'acqua e osserviamo quali corpi galleggiano e quali no. Confrontiamo il valore della densità del materiale di cui è fatto il corpo con la densità dell'acqua. Abbiamo usato l'agitatore magnetico, che serve per...(completare) I corpi immersi in un liquido possono andare a fondo, galleggiare sulla superficie del liquido, oppure stare in equilibrio a metà del liquido. Abbiamo fatto le seguenti prove: OGGETTO Pallina da golf in acqua Pallina da ping pong in acqua vuota dentro Pallina magica 1 Pallina magica 2 Forchetta di plastica ghiaccio arancia palloncino cera Polistirolo in acqua Legno in acqua Sughero in acqua Uovo in acqua Uovo in soluzione salina molto concentrata Contenitore di alluminio foglio di alluminio Galleggia o non galleggia? Affonda perchè ha d maggiore della d dell'acqua Galleggia perchè ha d minore della d dell'acqua galleggia affonda affonda galleggia A metà del liquido perchè ha la d uguale a quella dell'acqua galleggia Galleggia galleggia galleggia galleggia affonda Galleggia galleggia affonda
Conclusioni: Che cosa abbiamo imparato? Il corpo affonda d corpo > d acqua Il corpo è a metà del liquido (in equilibrio con il liquido) d corpo = d acqua Il corpo galleggia sulla superficie del liquido d corpo < d acqua Perché una nave galleggia, anche se è fatta di ferro? Perché è vuota dentro, e quindi la sua densità media è minore di quella dell'acqua. Anche se il ferro è un materiale di densità maggiore dell'acqua (e quindi va a fondo), se noi prendiamo un recipiente di ferro o di un altro metallo vuoto dentro (es: una lattina), la sua densità è minore di quella dell'acqua, e quindi galleggia. Una lattina schiacciata molto bene va a fondo. Principio di Archimede: un corpo immerso in un liquido (o in un gas, in generale in un fluido) riceve una spinta dal basso verso l'alto pari al peso del volume di liquido spostato. Quindi la SPINTA è tanto maggiore quanto maggiore è il VOLUME DI LIQUIDO spostato, ed è data dal PESO DEL LIQUIDO SPOSTATO. PARTE 2: confronto tra liquidi diversi (di diversa densità) Obiettivo Vogliamo studiare il comportamento di diversi liquidi che non si mischiano l'uno con l'altro. Vogliamo stabilire quali liquidi vanno a fondo e quali in superficie. Materiale occorrente: Alcool acqua olio detersivo concentrato sale da cucina
pallina cera ghiaccio 5 becker da 200 ml bilancia digitale Schema dell'attrezzatura: Procedimento: Pesiamo con la bilancia il becker vuoto (tara). Poi versiamo nei 5 becker uno stesso volume (100 ml) rispettivamente di sale da cucina, detersivo, acqua, olio, alcool, e li pesiamo. Notiamo che, a meno degli errori sperimentali inevitabili,......... Abbiamo versato attentamente prima il detersivo, poi l'acqua colorata di blu, in modo che non si mescoli al detersivo, poi l'olio, poi l'alcool lentamente in modo che non si mescoli con l'acqua. Poi immergiamo nella colonna di liquidi alcuni solidi, come una pallina di gomma, del ghiaccio, della cera. Conclusioni: (da completare)..............................
Esperienza di laboratorio di Fisica Titolo: Misura della densità di solidi regolari o irregolari. Obiettivo Vogliamo misurare la densità di un solido regolare o irregolare, utilizzando la legge fisica d = m / V ( d = densità di un corpo). Vogliamo inoltre determinare di che materiale sono fatti i solidi. Materiale occorrente bilancia cilindro graduato solidi di forma regolare (cilindretti o sfere) di diversi materiali non noti solidi di forma irregolare (sassolino e altri oggetti) di materiale non noto Schema dell'attrezzatura (disegno) Strumenti utilizzati bilancia (sensibilità S=..., portata P=...) cilindro graduato (sensibilità S=..., portata P=...) Procedimento Misuriamo con la bilancia la massa dei solidi regolari (cilindri e sfere) o irregolari (sassolino...), fatti di materiali diversi. Misuriamo per immersione con il cilindro graduato il loro volume: V= Vfin- Viniz (in ml) 1 ml = 1 cm 3 Determiniamo la loro densità, utilizzando la formula: d = m / V ( misura indiretta perché ottenuta tramite un calcolo) Confrontiamo i valori delle densità ottenuti sperimentalmente con la tabella delle densità (dal libro o da Internet) per stabilire di quale materiale sono fatti i diversi solidi.
Raccolta dati ed elaborazione dati oggetto Massa (in g) Volume iniziale V1 (in ml) Volume finale V2 (in ml) m= V1 = V2= V = Volume V= V2 - V1 (in ml) oggetto Volume V (in cm 3 ) Densità d=m/v Densità d=m/v (in g/cm 3 ) (in kg/m 3 ) V= d= d= materiale Conclusioni e osservazioni Per i solidi di forma irregolare l'unico metodo per misurare il volume è il metodo per immersione, come differenza tra il volume finale dell'acqua in cui è stato immerso il solido e il volume dell'acqua all'inizio, prima d'immergervi il solido. Per utilizzare questo metodo, il solido deve affondare in acqua. Per i solidi regolari si può determinare il volume geometricamente ottenendo un risultato più preciso. Dal confronto con le tabelle abbiamo ottenuto risultati verosimili per gli oggetti... e quindi significa che le misure fatte per questi oggetti sono buone e afflitte da un piccolo errore sperimentale. Invece abbiamo ottenuto risultati non attendibili per gli oggetti...e quindi possiamo affermare che... Per determinare la densità in kg/m 3 bisogna moltiplicare x 1000 la densità calcolata in g/cm 3. Che cosa abbiamo imparato? 1 l = 1 dm 3 = 1000 cm 3 1 ml = 1 cm 3 Ricordiamoci che solo per l'acqua (e per i liquidi di densità molto prossima a quella dell'acqua) vale anche la seguente uguaglianza tra unità di volume e unità di massa: 1 l = 1 kg cioè 1 litro di acqua pesa 1 kg 1 ml = 1 g V acqua = 100 ml quindi m acqua = 100 g Valgono le seguenti eguaglianze (equivalenze): 1 dm 3 = 1000 cm 3 1 m 3 = 1000 dm 3 = 1.000.000 cm 3 = 1.000.000.000 mm 3
DENSITA' d = m / V Unità di misura nel SI: kg/m 3 Per esprimere la densità in kg/m 3 bisogna moltiplicare x 1000 la densità calcolata in g/cm 3 1 g/cm 3 = 1000 kg/m 3 1 g/cm 3 = 1 kg/dm 3 MATERIALE d (in g/cm 3 ) d (in kg/m 3 ) in acqua Elio 0,00018 0,18 galleggia Aria 0,00129 1,29 galleggia Ossigeno 0,00143 1,43 galleggia CO2 0,00198 1,98 = 2 galleggia polistirolo 0,04-1 40-10 galleggia Neve fresca 0,1 0,2 100-200 galleggia sughero 0,22-0,26 220-226 galleggia Legno di pino bianco 0,35 0,50 galleggia Legno (in media) 0,75 750 galleggia benzina 0,68 galleggia Alcool etilico 0,8 800 galleggia gasolio 0,8 0,85 galleggia Plastica (PP) 0,91000 910 galleggia Olio d'oliva 0,916 916 galleggia Ghiaccio a 0 C 0,917 917 galleggia Olio di semi 0,920 920 galleggia cera 0,95 950 galleggia Acqua a 4 C (distillata) 1 1000 acqua di mare 1,0250 1025 Acqua ossigenata 1,46 sabbia 1,4 2,1 Va a fondo gomma 1,7 2,2 1700-2200 Va a fondo salgemma 2,2 Va a fondo Vetro 2,4-2,8 2400-2800 Va a fondo alluminio 2,6-2,75 2600-2750 Va a fondo Cemento 2,7-3,0 Va a fondo diamante 3,55 Va a fondo titanio 4,87 Va a fondo ghisa 6,7 7,8 Va a fondo zinco 7,1 Va a fondo
stagno 7,28 Va a fondo acciaio 7,4 7,86 Va a fondo ferro 7,96 7960 Va a fondo bronzo 7,4 8,9 Va a fondo nichel 8,6 Va a fondo rame 8,96 Va a fondo ottone 8,44-8,93 Va a fondo argento 10,49 10490 Va a fondo piombo 11,34 11340 Va a fondo mercurio 13,6 13600 Va a fondo oro 19,25 19250 Va a fondo platino 21,4 21400 Va a fondo Tutti i metalli vanno a fondo perchè hanno densità maggiori dell'acqua. LEGHE METALLICHE: Esitono moltissi tipi di leghe ma le più comuni sono: Rame + Stagno = Bronzo (a volte lo stagno è sostituito da alluminio o piombo per fare bronzo di alluminio o bronzo di piombo) Rame + Zinco-Nichel = Alpacca Rame + Zinco = Ottone stagno + piombo = leghe per saldature; peltri antichi ferro + carbonio = ghise (Carbonio > 1,78%); acciai (Carbonio < 1,78%) MATERIALE (PIETRA) d (in g/cm 3 ) d (in kg/m 3 ) in acqua Pomice 0,5 1,1 500-1100 In genere galleggia ma può anche essere leggermente immersa Tufo 1,1 1,75 Va a fondo Calcare tufaceo 1,1 2,0 Va a fondo Terra sabbiosa 1,42 Va a fondo Sabbia 1,4-1,5 Va a fondo Terra argillosa 1,48 Va a fondo Ghiaia 1,8 2,0 Va a fondo Argilla 2 2,55 Va a fondo Travertino 2,2-2,5 Va a fondo Gesso 2,3 Va a fondo Trachite (vulcanica) 2,4 2,75 Va a fondo Quarzo 2,5 Va a fondo Granito 2,5-2,75 Va a fondo Marmo 2,70-2, 75 Va a fondo Basalto (vulcanica) 2,75-3,20 Va a fondo
Alcool denaturato (rosa) L alcool denaturato ha un colore rosa e si trova facilmente al supermercato. Per intenderci è quello che si utilizza come disinfettante. Il suo colore è dovuto all aggiunta di un colorante, fondamentale per distinguerlo dall alcol etilico bianco, che invece è utilizzato per scopi alimentari. L alcool denaturato non è quindi puro, ma addizionato a diverse sostanze chimiche (ad esempio solventi e nafta) che lo rendono meno pregiato in modo da non poterlo usare per la preparazione di bevande alcoliche. Altrimenti sarebbe più conveniente usare l'alcool denaturato, che costa meno dell'alcool etilico, per preparare alcolici senza pagare la super-tassa sui superalcolici. Alcool etilico (bianco) L alcool etilico si trova in farmacia ma anche al supermercato (dove tra l altro costa anche meno) e viene comunemente adoperato durante la preparazione di bevande alcoliche o dolci.
Esperienza di laboratorio di Fisica n.5 Titolo: Peso in aria e peso in acqua: misura della Spinta di Archimede. Verifica della legge di Archimede Obiettivo Vogliamo misurare la spinta di Archimede come differenza tra peso in aria e peso in acqua S A = Fp aria Fp acqua Poi vogliamo verificare la validità della Legge fisica che permette di calcolare la spinta di Archimede. S A = d acqua Voggetto g cioè vogliamo verificare sperimentalmente che un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l'alto, la cui intensità è pari al peso del volume del fluido spostato. Vogliamo anche verificare la legge fisica Fp = m x g Materiale occorrente bilancia cilindro graduato acqua dinamometro asta di sostegno solidi di diversa densità e volume Schema dell'attrezzatura (disegno)
Strumenti utilizzati bilancia digitale (sensibilità S=..., portata P=...) cilindro graduato (sensibilità S=..., portata P=...) dinamometro (sensibilità S=..., portata P=...) Procedimento Appendiamo il dinamometro all'asta di sostegno e agganciamo l'oggetto per misurare il peso in aria. Poi immergiamo completamente l'oggetto in acqua in modo che il bordo superiore dell'oggetto arrivi alla superficie dell'acqua (così da evitare che il gancio di sostegno contribuisca spostare una parte dell'acqua) e misuriamo il peso in acqua, poi misuriamo il suo volume per immersione con il cilindro graduato. Il sostegno che regge il dinamometro sarà facilmente abbassabile e sollevabile per poter immergere il peso nel cilindro graduato riempito d'acqua. Calcoliamo la Spinta come differenza tra peso in aria e peso in acqua: S A = Fp aria Fp acqua Confrontiamo questo valore con il valore ottenuto dalla legge fisica: S A = d acqua Voggetto g Così possiamo verificare la validità di questa legge. Poi misuriamo la massa degli oggetti con la bilancia e la moltiplichiamo per g per ottenere il peso in aria : Fp = m x g. Quindi confrontiamo questo valore (misura indiretta del peso, cioè misura ottenuta tramite un calcolo, una legge fisica) con il peso in aria misurato con il dinamometro (misura diretta). In questo modo possiamo verificare la validità di questa legge. Raccolta dati ed elaborazione dati oggetto m (in kg) F p aria (in N) F p acqua (in N) S A = Fp aria Fp acqua (in N) V oggetto (in m 3 ) SA = d V g (in N) Fp aria = m g Commento sugli errori commessi (da completare)......... Conclusioni: Che cosa abbiamo imparato? Confrontando i pesi calcolati con la legge fisica Fp = m x g con i pesi misurati con il dinamometro, troviamo dei valori molto simili. Quindi la legge Fp = m x g permette di calcolare il peso di un oggetto se si conosce la sua massa. Oggetti di massa doppia di un altro oggetto hanno anche peso doppio dell'altro oggetto.
Oggetti di massa tripla di un altro oggetto hanno anche peso triplo dell'altro oggetto, ecc. Si dice che massa e peso sono grandezze direttamente proporzionali. Due grandezze sono direttamente proporzionali se aumentando una anche l'altra aumenta in proporzione, se diminuendo una anche l'altra diminuisce in proporzione: se una grandezza raddoppia, triplica, ecc..., anche l'altra diventa il doppio, il triplo, ecc..., se una grandezza diventa la metà, un terzo, ecc..., anche l'altra diventa la metà, un terzo, ecc. Il grafico di due grandezze direttamente proporzionali è una retta. Misura diretta = la grandezza fisica si misura direttamente utilizzando uno strumento. Misura indiretta = la grandezza fisica si determina mediante un calcolo matematico utilizzando una legge fisica. Se un corpo affonda la spinta è minore della forza peso. Se un corpo sta in equilibrio a metà del liquido la spinta e la forza peso sono uguali ma dirette in verso opposto. Se un corpo galleggia la spinta è maggiore della forza peso.
SA Il corpo affonda d corpo > d acqua Fp > SA Fp SA Il corpo è a metà del liquido Fp (in equilibrio con il liquido) d corpo = d acqua Fp =SA SA Fp Il corpo galleggia sulla superficie del liquido d corpo < d acqua Fp < SA Spunti di riflessione Che accadrebbe se sostituissimo all'acqua dell'olio o una soluzione di acqua e sale in varia concentrazione? In che modo cambierebbero i risultati ottenuti? È possibile montare contemporaneamente più sostegni con più cilindretti identici immersi in altrettanti becker contenenti acqua dolce, soluzioni di acqua e sale in varie concentrazioni, alcool ed olio. In tal modo le differenze tra le spinte idrostatiche salterebbero all'occhio in modo evidente.
Si ringrazia Prof. Ing. Franco Maria Boschetto franco.boschetto@tin.it www.fmboschetto.it