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SPERIMENTANDO 2011
“Sperimenta anche tu”
RELAZIONE
MOTI ASCENSIONALI
I.S.I.S.S. “GIUSEPPE VERDI” di VALDOBBIADENE (TV)
Area scientifica individuata: fisica-meccanica
GRUPPO DI LAVORO:
Classi:
1Â e 1^B – ITIS
Studenti:
1Â ITIS: Oscar Antiga, Steven Baldasso, Mattia Bastianon, Ermes Bellè, Fabrizio Bresolin, Manuel
Cavecchia, Andrea Dalla Favera, Luca Donadini, Fabio Follador, Michele Fornasier, Rudy Golfetto,
Marques Diego Goncalves, Renato Mantoet, Giosuè Micheletto, Ramirez Matias Rodò, Andrea Simeon,
Andrea Simoni, Filippo Stefanin, Anwar Thamri.
1^B ITIS: Thomas Andreatta, Matteo Biasi, Davide Boschiero, Giacomo Cietto, Stefano Garbuio,
Michele Geronazzo, Merlin Juskoski, Francesco Lot, Andrea Menegalli, Matteo Mora, Simone Pizzaia,
Simone Rizzi, Marco Sartor, Darko Shinikoski, Mikhail Todoverto, Cristian Toscan, Riccardo Viale,
Daniele Zanatta, Nicola Zanotto.
Studenti tutor:
Resta Gian Maria (3Â ITIS)
Docente referente:
Alessandro Sartor
Assistente Tecnico:
Andrea Gazzola
Sperimentando 2011
Sperimenta anche tu
MOTI ASCENSIONALI
RELAZIONE
INDICE:
1. PREMESSA ..............................................................................................................................................................................3
2. STUDIO DEI PRINCIPI FISICI ............................................................................................................................................3
I FENOMENI OSSERVATI ..............................................................................................................................................................3
APPLICAZIONE DELLE LEGGI DELLA FISICA ................................................................................................................................3
3. DAL PROGETTO AL PRODOTTO......................................................................................................................................8
FASE PROGETTUALE ...................................................................................................................................................................8
FASE ESECUTIVA ........................................................................................................................................................................9
TAVOLE GRAFICHE .....................................................................................................................................................................9
MATERIALI UTILIZZATI ............................................................................................................................................................10
MACCHINE, ATTREZZATURE E STRUMENTI UTILIZZATI .............................................................................................................10
4. DESCRIZIONE DELL’ESPERIMENTO ...........................................................................................................................11
RISULTATI E DATI MISURATI .....................................................................................................................................................11
5. PROBLEMI INCONTRATI E SOLUZIONI ADOTTATE...............................................................................................13
6. CONCLUSIONI .....................................................................................................................................................................13
RINGRAZIAMENTI .................................................................................................................................................................14
BIBLIOGRAFIA........................................................................................................................................................................14
ISTRUZIONI D’USO E AVVERTENZE DI SICUREZZA...................................................................................................15
ISISS “G. Verdi” – Valdobbiadene (TV)
Dipartimento di Meccanica e Tecnologia
Classi 1Â ITIS e 1^B ITIS
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MOTI ASCENSIONALI
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1. Premessa
Gli studenti che frequentano il biennio di un Istituto Tecnico ad indirizzo tecnologico si misurano da
subito con la fisica applicata ed hanno quindi la necessità di ricercare, nelle esperienze di tutti i gironi o
in quelle di laboratorio, prove che possano convalidare le teorie che studiano in classe.
Il concorso Sperimenta anche tu ci ha dato l’opportunità di avvicinarci allo studio diretto dei fenomeni
fisici, oltre che di poter avere i primi contatti con le materie di indirizzo che caratterizzano il triennio del
corso di studi che abbiamo scelto. L’ultimo aspetto è stato particolarmente curato grazie ad un progetto
interno di tutoraggio, che ha associato ad ognuno di noi studenti di classe prima, uno studente tutor del
triennio, a cui ci rivolgiamo in caso di necessità o, come in questo caso, per approfondire tematiche di
studio che al biennio non vengono affrontate.
Per questa edizione di Sperimentando gli insegnanti ci hanno assegnato il tema dei moti ascensionali,
che abbiamo sviluppato in più punti. Il prodotto finale è un dispositivo che permette di visualizzare la
presenza dei moti ascensionali attraverso il moto rotatorio di un’elica di carta.
Durante questo primo anno di studio delle discipline dell’area tecnico-scientifica abbiamo affrontato molti
degli aspetti che stanno alla base dell’esperienza realizzata: dalla costruzione della spirale (disegno) alla
legge dei gas (chimica), alla spinta di Archimede (fisica), ecc. L’attrezzatura è stata invece realizzata con
l’aiuto del tutor Gian Maria Resta, studente della classe 3° ITIS, che ha potuto utilizzare le attrezz ature
dell’officina meccanica della scuola con la supervisione di docenti e assistenti dell’area meccanica.
2. Studio dei principi fisici
I fenomeni osservati
Una sorgente di calore, costituita da una lampada ad
incandescenza di 100 W di potenza, scalda l’aria circostante
che aumenta il suo volume specifico e sale per effetto della
spinta di Archimede, che agisce su una porzione d’aria a
minor peso specifico. Il flusso d’aria verticale, caratteristico
dei moti ascensionali che si verificano sulla superficie
terrestre, è deviato da un’elica di carta, che inizia a girare, in
accordo al teorema della conservazione della quantità di
moto.
L’elica di carta ha un profilo a spirale, per l’ottimo
bilanciamento che garantisce. Ciò ha permesso di trovare
facilmente una posizione di equilibrio indifferente,
appoggiando l’elica in un unico punto, costituito dalla punta di
una barretta di ferro fissata verticalmente.
Applicazione delle leggi della fisica
Nonostante il fenomeno sia di facile spiegazione intuitiva, la spiegazione scientifica è assai difficile e
comporta l’applicazione di diverse leggi della fisica.
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I nostri insegnanti ci hanno aiutato a semplificare il problema, che è stato suddiviso in due parti:
1. I moti ascensionali: perché l’aria calda sale verso l’alto?
2. Il moto dell’elica: perché un’elica investita da un flusso d’aria gira?
Per rispondere alla prima domanda si è fatto ricorso alla legge di Archimede, che è valida per qualunque
fluido in quiete e che afferma che:
un corpo (nel nostro caso un volume d’aria riscaldato) immerso in un fluido (nel nostro caso
riceve una spinta dal basso verso l’alto pari al peso del volume
di fluido spostato (nel nostro caso un volume d’aria non riscaldato)
l’aria circostante)
Utilizziamo le seguenti grandezze:
V:
m:
g:
F:
ρeT:
ρ’ e T’ :
volume d’aria preso in considerazione
massa d’aria presa in considerazione
accelerazione gravitazionale
forza netta agente sul volume d’aria V
densità e temperatura dell’aria non riscaldata
densità e temperatura dell’aria riscaldata
La spinta di Archimede vale quindi:
S = ρ ⋅g⋅ V
A questa forza si oppone la forza peso dell’aria calda che occupa il volume considerato, che vale:
P = m ⋅ g = ρ '⋅V ⋅ g
La forza F netta agente sul volume V di aria vale allora:
F = S − P = (ρ − ρ ') ⋅ g ⋅ V
(1)
La formula non si presta ad una facile verifica, perché la densità è difficilmente misurabile. E’ opportuno
allora introdurre l’equazione di stato dei gas ideali ed esprimere questa forza attraverso la variazione di
temperatura che l’aria subisce.
L’equazione di stato dei gas ideali può essere scritta in questo modo:
p⋅v = R ⋅T ⇒ p⋅
1
ρ
= R ⋅T ⇒
p
= ρ ⋅T
R
dove si è sostituito al volume specifico il reciproco della densità.
Possiamo ragionevolmente assumere per ipotesi costante la pressione atmosferica e quindi concludere
che la densità e la temperatura dell’aria (che in una trasformazione quasi statica si comporta come un
gas ideale) sono inversamente proporzionali. La (1) diventa pertanto:
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F = ρ ⋅ (1 −
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T'
T '−T
ρ'
) ⋅ g ⋅ V = ρ ⋅ (1 − ) ⋅ g ⋅ V = ρ ⋅ (
)⋅g⋅ V
ρ
T
T
F=ρ⋅
∆T
⋅g⋅ V
T
(2)
Dall’equazione (2), dividendo per la massa d’aria, cioè per l’espressione (ρ ·V) si può anche ricavare
un’espressione per l’accelerazione che l’aria subisce:
a=
∆T
⋅g
T
(3)
L’aria riscaldata sale con un’accelerazione iniziale pari ad una frazione dell’accelerazione gravitazionale
e tale frazione non è altro che l’incremento percentuale di temperatura a cui l’aria è soggetta.
L’aria, nel suo moto ascensionale, si espande raffreddandosi ed attenuando progressivamente la propria
accelerazione, fino a che la spinta ascensionale si annulla.
La seconda parte del problema riguarda il moto dell’elica. Dal momento che si è ipotizzato che questa
giri per effetto di un flusso d’aria ascendente, sarà necessario prima calcolare questo flusso.
Utilizziamo le seguenti grandezze:
E:
cp:
Pel:
P:
∆T:
Q:
A:
v:
w:
u:
ω:
α:
n:
energia termica trasmessa al volume d’aria V
calore specifico a pressione costante dell’aria
potenza elettrica assorbita
potenza termica trasmessa al volume d’aria V
differenza di temperatura a cui è soggetta l’aria
portata d’aria in movimento
superficie proiezione elica sul piano orizzontale
velocità media dell’aria in corrispondenza dell’elica
velocità relativa dell’aria rispetto all’elica
velocità tangenziale dell’elica
velocità angolare dell’elica
inclinazione media profilo elica
numero di giri al minuto che compie l’elica
In linea teorica possiamo affermare che una parte dell’energia elettrica assorbita dalla lampadina ad
incandescenza si trasformi in energia termica e venga ceduta all’aria circostante, riscaldandola. L’aria si
riscalderà secondo la nota equazione:
E = m ⋅ c p ⋅ ∆T = ρ ⋅ V ⋅ c p ⋅ ∆T
(4)
Siccome l’energia fornita nell’unità di tempo è una frazione della potenza elettrica assorbita (frazione che
esprimiamo con il rendimento η1), mentre il volume riscaldato nell’unità di tempo è la portata d’aria
messa in movimento nel meccanismo dei moti ascensionali, allora la (4) diviene:
η1 ⋅ Pel = P = ρ ⋅ Q ⋅ c p ⋅ ∆T
(5)
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Dalla (5) si ricava il valore della portata d’aria messa in movimento:
Q=
η1 ⋅ Pel
ρ ⋅ c p ⋅ ∆T
(6)
La (6) mostra che il flusso d’aria messo in movimento è inversamente proporzionale all’incremento di
temperatura a cui è soggetta l’aria.
Una frazione del flusso d’aria (6) investe l’elica; esprimiamo tale frazione con il rendimento η2
Se dividiamo la portata d’aria η2·Q che investe l’elica per la superficie A della proiezione sul piano
orizzontale dell’elica, ricaviamo la velocità media ascensionale, che si calcola quindi con la seguente:
v=
η2 ⋅ Q
A
=
η1 ⋅η 2 ⋅ Pel
A ⋅ ρ ⋅ c p ⋅ ∆T
(7)
A questo punto, ricorrendo alla teoria delle macchine a fluido ed in particolare ai triangoli delle velocità, è
possibile calcolare la velocità di rotazione dell’elica. Considerando una qualunque porzione di elica, l’aria
che la investe ha direzione ortogonale, ma viene deviata e scorrerà lungo una direzione parallela al
profilo dell’elica. Considerando i tre vettori costituiti da:
- la velocità assoluta dell’aria (v);
- la velocità tangenziale di un punto dell’elica (u);
- la velocità relativa dell’aria rispetto allo stesso punto dell’elica (w);
possiamo costruire il triangolo delle velocità (vedi figura) e ricavare una relazione tra le tre grandezze.
w
α
u
v
-w
triangolo delle velocità sul profilo dell’elica
La velocità tangenziale dell’elica si calcola con una relazione trigonometrica, che è:
u = tgα ⋅ v
Se l’angolo a fosse pari a 30°, allora potremmo con siderare il triangolo delle velocità come metà di un
triangolo equilatero e si avrebbe:
u=
3
v
3
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Passiamo ora a considerare il moto circolare uniforme, che dovrebbe instaurarsi dopo un breve periodo
iniziale. La velocità angolare si ricava dalla velocità tangenziale in questo modo:
u = ω ⋅r = ω ⋅
d
2 ⋅u
⇒ω =
2
d
Dalla velocità angolare si calcola facilmente il numero di giri al minuto compiuto dall’elica:
n=
60 ⋅ ω
2 ⋅π
Combinando le ultime relazioni si ottiene:
n=
60 ⋅ ω
u
v
= 60 ⋅
= 60 ⋅ tgα ⋅
2 ⋅π
π ⋅d
π ⋅d
(8)
Ricordando che il valore della velocità è calcolabile con la (7), allora possiamo concludere dicendo che il
numero di giri n può essere calcolato dal valore dell’incremento di temperatura che subisce l’aria per
effetto della lampadina.
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3. Dal progetto al prodotto
L’attrezzatura che abbiamo realizzato è costituita da quattro apparati distinti:
1. un’elica di carta;
2. il supporto dell’elica, realizzato in profilo
metallico;
3. il sistema di generazione del calore;
4. il basamento.
Abbiamo affrontato ogni aspetto progettuale, ma
alcune parti in modo limitato, non avendo ancora gli
strumenti per farlo. La parte realizzativa è stata
invece affrontata quasi totalmente dal tutor, Gian
Maria Resta, della classe 3Â ITIS, aiutato
dall’assistente tecnico Andrea Gazzola.
Fase progettuale
Gli aspetti progettuali sono stati affrontati durante le ore di lezione delle materie inerenti al lavoro.
Durante le ore di disegno abbiamo studiato la costruzione geometrica della spirale, che si è rilevata la
figura più indicata per la realizzazione dell’elica di carta da posizionare sul supporto.
La spirale è stata prima disegnata su carta, seguendo le fasi operative che ci ha insegnato la nostra
insegnante di disegno Mara Zavarise.
Successivamente abbiamo provato a ritagliare la spirale in modo da ricavarne un’elica. Abbiamo poi
verificato il suo bilanciamento e se la carta, che era quella che normalmente usiamo per disegnare, era
adatta al nostro scopo. Abbiamo visto che era necessario evitare la presenza di quei piccoli fori che si
formano utilizzando il compasso e pertanto abbiamo deciso di ricorrere ad Gian Maria Resta, il nostro
tutor. A lui abbiamo chiesto di realizzare il profilo a spirale al computer, utilizzando un software CAD, che
permette la stampa su carta con un semplice click. In questo modo si ha il vantaggio di poter scegliere il
tipo di carta più indicato, evitando inoltre la presenza dei piccoli fori da compasso.
Durante le ore di fisica abbiamo studiato la spinta di Archimede ed abbiamo potuto calcolare la forza con
cui l’aria, nel nostro caso, viene spinta verso l’alto. Attraverso considerazioni empiriche, si è giunti alla
conclusione che, per mettere in rotazione l’elica con una velocità apprezzabile, l’angolo medio di
inclinazione del profilo dell’elica doveva essere compreso tra i 20° e i 30°. Poiché la spirale si def orma
fino a formare un’elica, per effetto del suo peso, per le considerazioni fatte precedentemente abbiamo
cambiato tipologia di carta (più o meno rigida) fino ad individuare quella che meglio approssimava
l’angolo di inclinazione desiderato.
Per fornire all’aria la potenza termica, necessaria per aumentare la sua temperatura ed innescare il
fenomeno dei moti convettivi, si è fatto ricorso ad una normale lampada ad incandescenza della potenza
di 100 W. Questa ci è sembrata, infatti, la soluzione più pratica, meno dispendiosa e, soprattutto, meno
pericolosa in quanto non richiede processi di combustione.
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Per quanto riguarda il resto dell’attrezzatura, noi ci siamo limitati alla definizione degli elementi necessari
alla sua realizzazione, senza entrare nei dettagli progettuali, e rivolgendoci all’assistente tecnico per il
loro sviluppo e realizzazione.
Fase esecutiva
Per quanto riguarda la spirale, si è già fatto riferimento alla procedura adottata per la sua progettazione,
che ha comportato l’utilizzo di un software CAD. La realizzazione è stata quindi facilitata dall’utilizzo
della stampante, che è in rete nel laboratorio CAD. Una volta stampata la spirale, si è proceduto a
tagliare il profilo stampato, con l’utilizzo di un taglierino. Si è cercato poi di dare una forma omogenea
all’elica mediante formatura e piegatura. In particolare si è provveduto a fare due piccole pieghe
ortogonali in corrispondenza del punto di appoggio, necessarie per impedire all’elica di scivolare dalla
punta del supporto durante il suo moto rotatorio.
Il supporto dell’elica, realizzato in profilo metallico, è composto da più parti, ognuna avente una specifica
funzione. Con riferimento al punto di fissaggio al basamento, si è proceduto a posizionare, a debita
distanza dal generatore di calore, una piastrina cilindrica di aggancio del profilo. Tale scelta è di tipo
preventivo ed ha avuto lo scopo di assicurarsi che le dimensioni in gioco non fossero vincolanti, ma
registrabili; l’aggancio al profilo è infatti di tipo smontabile. Il profilo metallico segue un percorso ad S e
termina con un tratto verticale appuntito, che funge da supporto/appoggio dell’elica. Anche in questo
caso si è provveduto, in misura preventiva, alla realizzazione di uno snodo regolabile e registrabile in
prossimità dell’ultimo cambio di direzione. Essendo il tratto finale del supporto di dimensioni contenute,
si è potuto realizzare facilmente una punta, lavorandolo alla mola abrasiva; questa operazione, essendo
un po’ pericolosa, ha richiesto l’intervento di un operatore esperto, cioè dell’assistente tecnico Andrea
Gazzola.
Il sistema di generazione del calore
non è altro che un circuito elettrico
di tipo resistivo, provvisto di un
interruttore di corrente, il quale
consente di attivare o disattivare la
generazione del calore e quindi
l’innesco dei moti ascensionali.
Il basamento, infine, doveva essere
sufficientemente
pesante
da
mantenere in equilibrio l’intero
apparato: un pezzo di legno
recuperato da discarica ha fatto al
caso nostro.
In figura è possibile vedere come si
presentava l’apparecchiatura, già
assemblata, al termine dei lavori e
prima del suo sviluppo.
Tavole grafiche
Il disegno della spirale è stato realizzato su un software CAD, seguendo il metodo dei 4 centri.
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Materiali utilizzati
Materiale recuperato (da centri di raccolta differenziata):
1 tondino di ferro di diametro 8 mm e lunghezza 400 mm;
1 tavoletta di legno di spessore 40 mm e lunghezza 250 mm;
1 portalampada ad attacco unificato;
1 cavo di alimentazione bipolare di un apparecchio elettrico.
Materiale d’acquisto:
1 interruttore bipolare;
1 lampada ad incandescenza di potenza 100 W;
1 cartoncino colorato formato A4 da 140 g/m2;
spezzoni di barra Fe 360; piastrine di fissaggio; chiodi e/o viti autofilettanti da legno.
Macchine, attrezzature e strumenti utilizzati
PC con un qualunque software CAD e stampante laser;
Tornio parallelo, mola abrasiva, trapano e punte da trapano;
Cacciavite, martello;
Forbice da elettricista, forbice da carta, taglierino;
Guanti.
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4. Descrizione dell’esperimento
L’attrezzatura proposta è stata ideata per permettere di visualizzare il fenomeno dei moti ascensionali,
potendone dare al contempo una spiegazione. Il fenomeno si verifica in tutti i fluidi stazionari qualora
siano presenti porzioni di fluido più caldo.
Dopo essersi assicurati che l’apparecchiatura è correttamente collegata all’alimentazione elettrica e che
l’aria circostante è ferma o quasi stazionaria, si può procedere con l’esperimento.
Occorre innanzitutto posizionare l’elica di carta correttamente, cioè facendo in modo che il punto
d’appoggio realizzato sul supporto combaci perfettamente con il punto di incrocio tra le due piccole
pieghe realizzate sull’alice di carta. Dopo aver posizionato l’elica, attendere che questa cessi di
dondolare e assicurarsi che non sia messa in movimento da moti d’aria generati da disturbi di tipo
ambientale.
A questo punto si può azionare il generatore di calore, costituito dalla lampada ad incandescenza,
agendo sull’apposito interruttore. Dopo qualche secondo l’elica comincia a girare, sempre più forte fino a
che, instauratosi un moto stazionario, manterrà una velocità angolare costante che è possibile misurare.
Con un termometro misurare la temperatura dell’aria ambiente e quella nell’intorno della lampada: così
facendo e utilizzando le formule viste al paragrafo 2 è possibile calcolare la velocità angolare.
Confrontare il valore calcolato della velocità angolare con quello misurato.
apparecchiatura spenta
apparecchiatura accesa
A questo punto spegnere il generatore di calore agendo sull’interruttore e attendere qualche secondo.
La teoria sviluppata al paragrafo 2 sarà confermata se l’elica continuerà a girare per qualche secondo,
fino a che la lampada avrà temperature elevate, per poi fermarsi.
Risultati e dati misurati
Prima di procedere con la presentazione dei risultati dell’esperimento, è opportuno vedere come si sono
semplificate le equazioni più importanti illustrate al paragrafo 2.
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L’equazione (2) è stata semplificata considerando come densità dell’aria il valore di 1,22 kg/m3:
F = 12 ⋅
∆T
⋅V
T
(2)
Considerando un incremento di temperatura pari a 10 K, con temperatura ambiente di 20°C (= 293 K), è
possibile stimare l’accelerazione di cui alla (3) pari a:
a = 0,32
m
(3)
s2
Per il calcolo della velocità ascensionale (7) si sono assunti i seguenti valori:
η1 = 0,8
η2 = 0,3
cp = 1 kJ/(kg·K)
La potenza elettrica assorbita è dichiarata dal costruttore della lampadina ed è pari a 100 W, mentre
l’area A è stata calcolata assimilando la superficie racchiusa dalla spirale a quella di un cerchio di
diametro pari a 0,16 m. La (7) così si semplifica:
v=
1
∆T
(7)
Cerchiamo ora di semplificare la (8), assumendo come angolo α il valore di 25° e come diametro il
diametro medio dell’elica, pertanto 0,08 m. Sostituiamo inoltre a v l’espressione ricavata poco sopra:
n = 60 ⋅ tgα ⋅
v
111
=
π ⋅ d ∆T
(8)
Dati misurati
Ciascuna prova prevedeva di attendere fino a che il fenomeno risultava stabile e poi contare il tempo
necessario a compiere un numero di giri progressivamente più alto. Ecco i risultati:
Prova n.
numero di giri
tempo (s)
n (r.p.m.)
ω (rad/s)
01
3
7
25,7
2,69
02
8
18
26,7
2,79
03
10
22
27,3
2,86
04
13
29
26,9
2,82
05
20
44
27,3
2,86
media pesata
(54)
(120)
27,0
2,83
Con un termometro laser abbiamo rilevato una temperatura ambiente di 18,4°C, mentre la temperatura
sull’estradosso dell’elica era molto variabile ed oscillava tra i 22 e i 28°C. Il valore del ∆T da inserire
nella (8) è quindi difficile da determinare con certezza, ma possiamo affermare che è compreso tra 2,6°C
e 8,6°C. Utilizzando due volte la (8) abbiamo deter minato il campo di valori entro cui dovrebbe trovarsi n:
13 ÷ 42
Il valore da noi misurato è compreso nell’intervallo, ma, vista l’ampiezza del campo, possiamo dichiarare
di aver solo centrato l’ordine di grandezza.
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5. Problemi incontrati e soluzioni adottate
Dopo aver realizzato la prima elica ci siamo accorti che, per effetto del peso, si allungava troppo. Si è
deciso allora di ridurre il numero di spire.
Il problema più difficile da risolvere è stato quello del fissaggio dell’elica alla struttura. Inizialmente infatti
avevamo previsto di tenere sospesa l’elica con un filo di nylon molto lungo, in modo da ridurre al minimo
gli attriti e le forze resistenti. Questa non si è però rilevata una buona soluzione perché l’attrito che il filo
di nylon generava ruotando sul suo appoggio era elevata rispetto alla forza che l’aria riusciva a produrre.
Si è deciso quindi di tenere l’elica appoggiata ad un
punto, anche per i seguenti motivi: l’attrito diminuisce
perché l’elica è alleggerita (non ha più il filo di nylon),
la punto di ferro, scaldandosi, aiuta l’aria a mantenersi
calda e quindi a proseguire il suo cammino verso
l’alto. Questa soluzione ha mostrato subito la sua
efficacia, ma ci si è scontrati con il problema del
fissaggio dell’elica: questa infatti ruotando tendeva a
spostarsi fino a cadere dal supporto (vedi figura).
Si è cercato di risolvere il problema applicando al
centro dell’elica un piccolo pezzo di nastro adesivo in
cui era presente un forellino dove posizionare la punta
del supporto. Purtroppo l’attrito è salito notevolmente,
pertanto si è scartata la soluzione. Si è risolto
definitivamente i problema realizzando in prossimità
del centro dell’elica due piccole pieghe incrociate, allo
scopo di impedire all’elica di spostarsi (vedi figura).
Individuato il punto ottimale in cui effettuare le pieghe,
l’elica non ha dato più alcun problema e ha cominciato
a girare in modo uniforme.
L’apparecchio, sviluppato in questo modo, è stato
quindi ultimato ed utilizzato per le esperienze
descritte.
6. Conclusioni
L’esperienza di questo progetto è stata positiva per diversi aspetti: l’approfondimento di argomenti trattati
in classe durante le ore di lezione di varie materie, la relazione con i nostri tutor del triennio, la possibilità
di vedere concretizzato un lavoro che solitamente è solo di tipo teorico.
Adesso dovremo presentare il lavoro in aula magna, in occasione del tradizionale incontro di fine anno
con tutte le classi dell’ITIS.
Ci auguriamo di poter partecipare anche il prossimo anno al concorso Sperimenta anche tu,
possibilmente ancora su un argomento di questo ambito.
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Ringraziamenti
Rivolgiamo un ringraziamento ai professori, ai tecnici e a tutto il personale scolastico che ci ha sostenuto
e ha collaborato al progetto e che si è adoperato per metterci a disposizione, nei tempi richiesti, le
attrezzature e i materiali necessari ai fini della realizzazione del nostro lavoro.
Bibliografia
C. Pidatella, M. Poggi – “Corso di meccanica razionale” – Zanichelli
G. Cornetti – “Unità di Macchine” – il capitello
A. Cavallini, L. Mattarolo (1990) – “Termodinamica applicata” – Cleup
Crozzi, Protti, Ruaro (1998) – “Elementi di analisi chimica strumentale” Zanichelli
L. Caligaris, S. Fava, C. Tomasello – “Manuale di meccanica” - HOEPLI
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Istruzioni d’uso e avvertenze di sicurezza
L’attrezzatura realizzata è quasi statica e non necessita di particolari accorgimenti nel suo utilizzo (si
agisce esclusivamente su un interruttore). Si richiama l’attenzione su questi punti:
- l’elica è estremamente delicata: non toccarla o maneggiarla cercando di migliorarne il comportamento;
- nel caso il fenomeno non fosse visibile per deterioramento dell’elica, sostituirla con le altre messe a
disposizione;
- la buona riuscita dell’esperimento può essere compromessa da movimenti d’aria generati dai passanti,
si suggerisce di collocare l’attrezzatura in posizione riparata;
ATTENZIONE – RISCHIO SCOTTATURE. Se la lampadina, che è del tipo ad incandescenza, rimane
accesa a lungo, la sua superficie può arrivare a temperature che possono provocare scottature;
ATTENZIONE – RISCHIO FERITE. L’asta che sorregge l’elica ha una punta metallica che, se toccata
inavvertitamente, può penetrare la pelle e provocare ferite. In tutti i momenti in cui l’attrezzatura è
incustodita o non operativa, utilizzare il cappuccio di protezione che abbiamo predisposto allo scopo.
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