Progetto La fisica nelle attrazioni Attrazione NIAGARA Dati Utili Angolo di risalita = 25 Altezza massima della salita = 25,87 m Altezza della salita nel tratto lineare (fino all ultimo pilone di metallo) = 24,75 m Altezza del punto iniziale della discesa = 24,21 m Massa a pieno carico della barca = 5540 kg Osservazioni e misure a bordo Le tue sensazioni e le osservazioni sperimentali 1) Durante l inizio della discesa, quale sensazione corporea, rispetto al tuo peso, hai ricevuto? Più pesante Più leggero Senza peso Normale 2) Prima dell impatto con l acqua, quale sensazione corporea, rispetto al tuo peso, hai ricevuto? Più pesante Più leggero Senza peso Normale 3) Cosa è successo al tuo corpo durante l urto con l acqua? Si è spostato in avanti Si è spostato indietro Si è spostato lateralmente Non ha subito particolari spostamenti 4) Scrivi il valore in ± g letto sull accelerometro a molla, tenuto orizzontalmente lungo la direzione del moto, nella fase di urto con l acqua. Elaborazioni a terra 5) Individua a quali eventuali forze la barca è stato soggetta durante il percorso e il luogo dove hanno agito. Forza Forze Forza Forza Tipo: Forza peso Forza elastica centrifuga d attrito motrice elettromagnetica Luogo:
6) Con quale tipo di moto si è mossa la barca durante la salita? Circolare uniforme Rettilineo uniforme Vario Uniformemente accelerato 7) La barca entra nel tratto circolare in cima all attrazione con una velocità di circa 2 m/s e alla fine, prima della discesa, raggiunge una velocità di circa 4 m/s. Quale conclusione si può trarre a proposito del moto? La barca si è mossa di moto circolare uniforme. La barca si è mossa sotto l azione dell accelerazione centripeta. La barca si è mossa soggetta all accelerazione centripeta e ad un accelerazione tangenziale al moto. La barca si è mossa di moto rettilineo uniforme. 8) Nel momento in cui la barca ha iniziato la discesa, hai provato la sensazione, per pochi secondi, d essere più leggero. Spiega quanto è accaduto utilizzando il primo principio della dinamica. 9) Osserva il profilo della discesa. Quale curva può meglio approssimare tale profilo? In fisica, quale tipo di moto ti ricorda questo profilo? Sapendo che il tratto finale della discesa è costituito da un arco di circonferenza, individua e indica le forze che agiscono secondo i due osservatori: 10) Punto di vista di un osservatore fisso al 11) Punto di vista del passeggero. suolo. 12) Individua quali forme d energia (cinetica, potenziale gravitazionale, elettrica, ecc.) sono coinvolte in Niagara. 13) In quale punto dell attrazione hai avuto la massima velocità? 14) In quale punto dell attrazione l energia cinetica è stata massima? 15) In quale punto dell attrazione l energia potenziale gravitazionale è stata massima? 16) Individua almeno tre sorgenti di attrito nell attrazione su tutto il percorso.
17) Per descrivere il processo di trasformazione d energia avvenuto durante l intero, percorso, annerisci le barre dei seguenti istogrammi nel modo che ritieni più opportuno. Energia nel punto più in alto Energia a metà della discesa Energia prima dell urto Energia durante l urto Energia dopo l urto 18) L urto tra la barca e l acqua, è stato: Totalmente elastico Totalmente anelastico Parzialmente elastico Totalmente bagnato 19) Supponendo che, al momento dell urto, l attrazione sia un sistema isolato, quali grandezze fisiche si sono mantenute costanti, prima e dopo l urto? Solo l energia meccanica L energia meccanica e la quantità di moto Solo la quantità di moto Nessuna 20) Dopo l urto, la barca mantiene una velocità di circa 3 m/s. Sapendo che la barca prima dell urto aveva una velocità di 20 m/s, fai una stima dell energia dispersa durante l urto. 21) Per fermare la barca poteva essere utilizzato anche un muro. Naturalmente per evitare delle conseguenze nefaste sui passeggeri è stata scelta l acqua in un impatto radente. Quale principio fisico c è dietro a questa scelta? Ordine di grandezza di riferimento Urto a 80 km/h, senza cinture di sicurezza, il tuo corpo riceve una decelerazione pari a 227 g.
Durante la frenata, soprattutto nei primi momenti, il tuo corpo si è sentito spingere in avanti. Spiega il punto di vista fisico secondo i due osservatori. 22) Il punto di vista di un osservatore fisso al 23) Il punto di vista del passeggero della barca. suolo. 24) Con quale traiettoria ricade l acqua scagliata in aria nell urto? Arco di parabola Arco di ellisse Arco di circonferenza Arco d iperbole Perpendicolare alla superficie dell acqua 25) Durante l urto, l acqua è spinta davanti alla barca. Allora, come hai fatto a bagnarti? Le misure in tempo reale Osserva sul display della calcolatrice i grafici della pressione in funzione del tempo e dell accelerazione longitudinale ( a x ) in funzione del tempo. 26) Determina la differenza di pressione fra il punto di partenza e quello di arrivo nel punto più alto della attrazione. 27) Sapendo che ad una variazione di 0,1 kpa di pressione atmosferica corrisponde un dislivello in altezza di circa 8 m, determina l altezza che la barca raggiunge. 28) Quanto tempo è durata la prima la discesa della barca? 29) Individua il tratto della frenata. Determina il rapporto fra la decelerazione raggiunta e quella di gravità g ( 10 m/s²).
30) Osservando il grafico dell andamento nel tempo dell accelerazione longitudinale nel solo tratto di risalita, riportato in figura, puoi notare che l accelerazione è mediamente costante pari a circa 3,4 m/s 2. Quale accelerazione ha registrato la strumentazione in tempo reale? accel. longitudinale (m/s²) 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 10 15 20 25 30 35 40 tempo (s) Il grafico rappresenta l andamento dell accelerazione longitudinale in funzione del tempo durante l urto. La componente perpendicolare alla rotaia della forza peso La componente parallela alla rotaia della forza peso la reazione vincolare sulla barca La forza di attrito sulla barca 31) Sai dire che cosa rappresenta l area grigia del grafico? accel. longitudinale (m/s²) 2-3 60,5 61,5 62,5 63,5 64,5-8 -13 32) Quale unità di misura ha questo valore? -18 tempo (s) 33) Sapendo che la massa della barca a pieno carico è di 5540 kg e il tempo di frenata è di circa 3,5 s, determina l impulso I e la forza media F applicata durante l urto. Osserva sul display della calcolatrice il grafico dell accelerazione verticale ( a z ) in funzione del tempo. 34) In quale punto del percorso la strumentazione in tempo reale ha registrato il massimo valore d accelerazione verticale? 35) In quale punto del percorso ti sei sentito più pesante del solito? 36) Calcola il rapporto fra l accelerazione verticale registrata in quel punto e l accelerazione di gravità g ( 10 m/s²). Ordine di grandezza di riferimento Shuttle al decollo a 5 g
Scopri..quanto è lungo il tratto iniziale di salita,.a che velocità si muove la barca Il tratto di salita 37) Calcola la lunghezza AH della base del tratto di salita iniziale, sapendo che la distanza tra i piloni di metallo è di 7,620 m. 38) Determina la lunghezza del piano di salita (AB) 39) Misura il tempo di salita della barca. Fai partire il cronometro nel momento in cui la prua della barca inizia a salire e interrompilo quando la prua della barca raggiunge l ultimo pilone. t 1AB = s t 2AB = s t 3AB = s Tempo medio t AB = s 40) Velocità media del treno v AB =...m/s 41) Misura il tempo impiegato dalla barca a percorrere il tratto circolare, dal momento in cui la prua della barca entra nel tratto al momento in cui esce. Il tratto circolare t 1C = s t 2C = s t 3C = s Tempo medio t C = s 42) Lunghezza del tratto circolare, sapendo che la barca compie un angolo di 205 su di una circonferenza di raggio pari a 9,14 m 43) Velocità media della barca v C =...m/s l arco = m La discesa 44) Misura il tempo di discesa della barca dalla sommità a poco prima dell impatto con l acqua. Inizia a cronometrare nel momento in cui la prua della barca transita sotto il cartello segnaletico posto alla fine del tratto circolare. t 1 = s t 2 = s t 3 = s Tempo medio t discesa = s 45) Velocità media della barca, sapendo che la discesa è lunga 54,30 m v discesa = m/s