CASSY Lab 133 Vibrazioni di una fune

CASSY Lab
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Vibrazioni di una fune
la misura si può eseguire anche con Pocket-CASSY
Carica esempio (fune di lunghezza costante L = 1.2 m)
Carica esempio (forza applicata alla fune costante F = 60 N)
Descrizione dell'esperimento
Quando si fa vibrare una fune, la sua lunghezza L è uguale a metà della lunghezza d'onda del modo
fondamentale: L = λ/2. La frequenza f del suono emesso è
f = c/(2L),
dove c è la velocità di fase della fune. Questo valore dipende dalla forza F applicata, dalla sezione A e
dalla densità ρ secondo questa relazione:
c² = F/(Aρ)
In questo esperimento si misura la frequenza f della vibrazione della fune e quindi il tono emesso in
funzione della lunghezza L e della forza F applicata. Per misurare il periodo della vibrazione. si utilizza la
CASSY come cronometro ad alta risoluzione. In questo modo, viene confermata la validità delle relazioni f² ~ F ed f ~ 1/L.
Elenco delle apparecchiature
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Sensor-CASSY
CASSY Lab
Timer box o Timer S
Barriera luminosa a forchetta, raggi infrarossi
Cavo di collegamento, 6-poli, 1.5 m
Monocordo
Dinamometro di precisione, 100 N
Base di appoggio a V, 20 cm
Asta di sostegno, 10 cm
Asta di sostegno, 25 cm
Morsetto Leybold
PC con Windows 95/98/NT
o versioni successive
524 010
524 200
524 034 o 524 074
337 46
501 16
414 01
314 201
300 02
300 40
300 41
301 01
Montaggio dell'esperimento (vedere figura)
Il periodo della vibrazione T si misura mediante una barriera luminosa a forchetta posizionata tra la
cassetta di risonanza del monocordo e la fune. La barriera luminosa è collegata all'ingresso A di Sensor-CASSY mediante il box timer ed il cavo di collegamento a 6 poli.
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CASSY Lab
Note sull'esperimento
Il periodo della vibrazione T si determina senza ambiguità mediante i passaggi della fune attraverso la
sua posizione di riposo. Questo si ottiene posizionando la fune in modo tale che il LED rosso che si trova
sul lato della barriere luminosa non venga illuminato quando la fune è in posizione di riposo. La barriera
luminosa ha due piccole aperture per il raggio infrarosso.I risultati migliori si ottengono se la fune viene
posizionata immediatamente sopra l'apertura più piccola (se necessario, ruotare opportunamente la
barriera luminosa).
La fune va fatta vibrare parallelamente alla superficie della cassetta di risonanza.
La forza F si misura con il dinamometro di precisione messo al posto del gancio. La tensione della fune
sul monocordo si può variare mediante la chiave di accordo. Nel primo esperimento, i migliori risultati si
ottengono se prima si regola la forza su un valore di 100 N e poi si esegue la misura partendo dai valori
più alti verso quelli più bassi.
Nella misura eseguita con la fune di lunghezza L variabile, la variazione si ottiene spostando il ponticello.
Quando si fa vibrare la fune, non toccare con l'altra mano la parte fissa. Per fare una misura ottimale del
periodo di vibrazione T, posizionare la barriera luminosa al centro della zona di massima oscillazione.
Esecuzione dell'esperimento
a) Variazione della forza
Carica settaggi (lunghezza L costante)
• Regolare la forza F sul valore desiderato ruotando la chiave di accordo.
• Scrivere nell'apposita colonna della tabella il valore della forza F misurata con il dinamometro.
• Mettere la barriera luminosa sotto la posizione di riposo della fune e verificare se il LED rosso è
posizionato correttamente; se necessario spostare ancora la barriera luminosa.
• Fare vibrare la fune (mentre la fune è in vibrazione, il LED si illumina); trasferire immediatamente i
risultati nella tabella premendo il tasto F9.
b) Variazione della lunghezza
Carica settaggi (forza F costante)
• Regolare la lunghezza della fune sul valore desiderato spostando il ponticello.
• Scrivere il valore della lunghezza della fune nell'apposita colonna della tabella.
• Verificare se il LED rosso è posizionato correttamente; se necessario spostare ancora la barriera
luminosa.
• Fare vibrare la fune (mentre la fune è in vibrazione, il LED si illumina); trasferire immediatamente i
risultati nella tabella premendo il tasto F9.
Valutazione dei risultati
a) Variazione della forza
I diagrammi di T(F) ed f(F) vengono visualizzati direttamente durante la misura. Nel display Valutazione
si ottiene l'andamento del quadrato della frequenza f in funzione della forza F. La relazione f² ~ F si può
verificare per interpolazione con una retta per l'origine (pulsante destro del mouse). Si trova che la
frequenza della vibrazione e quindi anche il tono emesso dalla fune aumentano all'aumentare della
tensione applicata. La frequenza del tono emesso si può diminuire diminuendo il valore della forza.
b) Variazione della lunghezza
I diagrammi di T(L) ed f(L) vengono visualizzati direttamente durante la misura. Nel display Valutazione
si ottiene l'andamento della frequenza f in funzione di 1/L. La relazione f ~ 1/L si può verificare per
interpolazione con una retta per l'origine (pulsante destro del mouse). Questo significa che la frequenza
della vibrazione e quindi anche il tono emesso dalla fune aumentano al diminuire della lunghezza.