Progetto La fisica nelle attrazioni Attrazione ISPEED Dati utili Lunghezza del treno: 8,8 m Durata del percorso: 55 s Lunghezza del percorso: 1200 m Massa treno a pieno carico: 7000 kg Altezza della prima collina: 45 m Sistema di lancio: motore magnetico lineare sincrono Osservazioni e misure a terra. Spingi i tuoi riflessi al massimo e vai alla caccia del treno. Occhio alla testa e alla coda. 1) Determina la velocità che il treno possiede alla sommità della prima collina (metodo punta coda) t 1 = s t 2 = s t 3 = s t 4 = s t 5 = s t 6 = s Tempo medio Velocità del treno t = s v = m/s 2) Determina l intervallo di tempo che il treno impiega a percorrere il tratto AB (vedi figura) (transito della testa del treno) t 1 = s t 2 = s t 3 = s t 4 = s t 5 = s t 6 = s Tempo medio t = s 3) Stima la lunghezza del tratto AB, contando gli elementi che compongono la rotaia. 4) Determina la velocità media del treno nel tratto AB. v = m/s 5) Determina la velocità che il treno possiede quando percorre la parte centrale dell ultima curva prima dell arrivo (metodo punta coda) t 1 = s t 2 = s t 3 = s t 4 = s t 5 = s t 6 = s Tempo medio Velocità del treno t = s v = m/s
Armati di coraggio e sali a bordo con gli strumenti ricevuti per le misure. Presta attenzione alle sensazioni che provi sul tuo corpo e fai partire l acquisizione dei dati con la strumentazione di misura in tempo reale. Concentrati e buon LANCIO!!!!! Registra le tue sensazioni 6) Le seguenti figure mostrano il treno dell Ispeed in diversi punti della traiettoria. Associa la sensazione corporea, rispetto al tuo peso, che hai provato. ALL INIZIO DELLA PRIMA SALITA Più pesante Più leggero Senza peso Normale PRIMA DELLA SOMMITA Più pesante Più leggero Senza peso Normale ALLA SOMMITA Più pesante Più leggero Senza peso Normale ALL INIZIO DELLA DISCESA Più pesante Più leggero Senza peso Normale IN FONDO ALLA PRIMA DISCESA Più pesante Più leggero Senza peso Normale
Ti sei sentito cadere verso il suolo. Ti sei sentito sbalzato lontano dal suolo. Ti sei sentito incollato al sedile Ti sei sentito spingere indietro ULTIMA CURVA Le misure in tempo reale Osserva sul display della calcolatrice i grafici della pressione e dell accelerazione verticale ( a z ) in funzione del tempo relativi al tracciato della prima collina. Ti riportiamo comunque i grafici della pressione e dell accelerazione verticale. Analizzali e rispondi alle seguenti domande 7) Dove è il treno, quando la pressione assume il valore minimo? 102,15 8) Dove è il treno, quando la pressione assume il valore massimo? 9) Determina la differenza di pressione fra il punto di partenza e quello di arrivo nel punto più alto della attrazione. 10) Sapendo che ad una variazione di 0,1 kpa di pressione atmosferica corrisponde un dislivello in altezza di circa 8 m, determina la massima l altezza che il treno raggiunge. 11) Quanto è durata la prima discesa? 12) In quali punti del tracciato l accelerazione verticale raggiunge i massimi valori? 13) In quali punti del tracciato l accelerazione verticale raggiunge i minimi valori? Pressione (kpa) Acc verticale (m/s 2 ) 102,10 102,05 102,00 101,95 101,90 101,85 101,80 101,75 101,70 101,65 101,60 101,55 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5-10 -15 Tempo (s) 0-5 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Tempo (s) N.B. L'accelerazione che hai usato esprime un'accelerazione come una forza per unità di massa campione (quella insita nel dispositivo). Pertanto se l'accelerometro misura 10 m/s 2 non significa che ti sei mosso, ma semplicemente rappresenta il peso su unità di massa del dispositivo stesso.
14) Completa la seguente tabella relativa all accelerazione verticale mostrata nel grafico precedente. Posizione del treno Prima della sommità Alla sommità Istante tempo (s) Accelerazione registrata (m/s 2 ) Accelerazione in g (10 m/s 2 ) Sensazione passeggero rispetto al peso Dopo la sommità Alla fine della discesa Osserva sul display della calcolatrice il grafico dell accelerazione a longitudinale ( x ) in funzione del tempo. Ti riportiamo comunque il grafico dell accelerazione longitudinale registrata durante la partenza. Analizzalo e rispondi alle seguenti domande 15) Quanto tempo è durata la fase di massima accelerazione? 14 16) Determina l accelerazione media del treno in questa fase. 17) In prima approssimazione di che moto si è mosso il treno durante la fase di spinta? Moto rettilineo uniforme Moto circolare uniforme Moto uniformemente accelerato Moto vario Acc orizzontale (m/s2) 12 10 8 6 4 2 0-2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-4 -6-8 -10 Tempo (s) 19) Quale lavoro ha fatto il sistema di lancio dell Ispeed, per fare raggiungere al treno tale velocità, supponendo che il moto avvenga in assenza di attrito? 18) In quale verso del moto un passeggero si sente spinto? Determina la velocità finale raggiunta dal treno in questa fase del moto. 20) Quale potenza ha sviluppato il sistema di lancio?
L'energia in azione 21) Individua quali forme d energia (cinetica, potenziale gravitazionale, elettrica, ecc.) sono coinvolte in Ispeed. 23) In quale punto dell attrazione l energia potenziale gravitazionale è massima? 24) Individua almeno tre sorgenti di attrito nell attrazione su tutto il percorso 26) Durante la partenza, il treno acquista una notevole energia cinetica. Qual è la fonte di questa energia? 28) Per descrivere il processo di trasformazione d energia avvenuto durante il percorso sulla collina nelle zone indicate, annerisci le barre degli istogrammi nel modo che ritieni più opportuno. In alto A metà salendo A metà scendendo All inizio della prima salita Alla fine della prima discesa 29) Determina l energia meccanica totale posseduta dal treno alla sommità della prima collina. 30) Determina quale deve essere la sua velocità all inizio della salita perché il treno possa salire alla sommità.
31) Determina la lunghezza del tratto di lancio, utilizzando le informazioni sull'energia cinetica ottenute dalle domande precedenti e il valore dell'accelerazione media nella fase di lancio ricavato dal grafico dell'accelerazione longitudinale. (Ricorda il teorema dell'energia cinetica) Alla ricerca di risposte 32) Quale dei seguenti disegni meglio rappresenta il diagramma della forza peso (W) e della reazione normale (N) su di un passeggero alla sommità della prima collina? 33) Quale dei seguenti disegni rappresenta il diagramma della forza peso (W) e della reazione normale (N) su di un passeggero alla fine della prima discesa? Durante la frenata, il tuo corpo si è sentito spingere in avanti. Spiega il punto di vista fisico secondo due osservatori, uno a terra l altro a bordo. 34) Punto di vista di un osservatore a terra. 35) Punto di vista di un osservatore a bordo. 36) Il tracciato dell'ispeed segue percorsi tortuosi e in molti punti le curve sono inclinate. Rappresenta nel punto bianco indicato sulla seguente figura il diagramma delle forze agenti sul treno. Forse queste curve sono più adrenaliniche delle curve orizzontali, ma sapresti trovare un altro motivo più pratico perché queste siano preferite da chi progetta queste attrazioni.