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Exhibits 2014
prof.ssa Monica Sambo Liceo Giuseppe Veronese Chioggia
emonstrative experiments, incorrectly
also called Exhibits, are small and fast
qualitative experiences in which these
two questions are asked: what am I observing? Why is that happening?
D
Meccanica
Il pendolo a filo
Materiale utilizzato: tre masse uguali, due fili
della stessa lunghezza, un filo di lunghezza minore
rispetto ai due fili precedenti, una base per i pendoli.
Cosa osservare: in questo esperimento si osserva
il comportamento di un pendolo a filo. In particolare l’esperimento si sviluppa in queste fasi: nella
prima parte si confrontano due pendoli che hanno
la stessa massa ma non la stessa lunghezza, nella
seconda parte si confrontano due pendoli che hanno
la stessa lunghezza e masse diverse. Nella prima
parte dell’esperimento si osserva che il periodo di oscillazione dipende dalla lunghezza, cioé all’aumentare
della lunghezza del filo aumenta il periodo di oscillazione. Nella seconda parte dell’attivitá il periodo
di oscillazione del pendolo rimane costante pur aumentando la massa del sistema.
Cosa vuol dire: conoscendo la relazione che lega il
periodo di oscillazione di un pendolo con la lunghezza
q
di un filo e l’accelerazione di gravitá: T = 2π gl ,
si puó affermare che il periodo di oscillazione T é
proporzionale alla lunghezza del filo e non dipende
dalla massa.
molla con una costante di rigiditá minore rispetto
alle precedenti; una base di sostegno per pendoli.
Cosa osservare: in questo esperimento si osserva
il comportamento di un pendolo a molla. Nella
prima parte dell’esperimento si considerano tre molle
che hanno la stessa costante di rigiditá k, a queste
molle si applicano tre masse diverse, si osserva che
all’aumentare della massa aumenta il periodo di oscillazione. Nella seconda parte dell’esperienza le due
molle hanno una costante di rigiditá diversa, si puó
notare che all’aumentare della costante di rigiditá
diminuisce il periodo di oscillazione del pendolo a
molla.
Cosa vuol dire: conoscendo la relazione per calcolare il periodo
p di oscillazione di un pendolo a
molla: T = 2π m
k si puó affermare che il periodo
di oscillazione T aumenta all’aumentare della massa,
diminuisce all’aumentare della costante di rigiditá
della molla.
Il piano inclinato
Materiale utilizzato: un piano inclinato munito
di goniometro, masse e bilancia.
Cosa osservare: inserire nel piatto del piano inclinato delle masse in modo da ottenere una situazione
di equilibrio. Successivamente variare l’inclinazione
del piano inclinato e trovare il rapporto tra le masse
che si devono aggiungere nel carrello e nel piatto per
ottenere una situazione statica.
Cosa vuol dire: la situazione di equilibrrio si ottiene se e soltanto se la somma di tutte le forze
applicate al carrello e al piattoé uguale allo zero. Se
M é la massa aggiunta nel carrello ed m é la massa
Il pendolo a molla
aggiunta nel piatto, si deve risolvere questo sistema
Materiale utilizzato: una serie di masse uguali, di due equazioni per ottenere la relazione che esiste
tre molle con la stessa costante di rigiditá k, una tra M e m:
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Figure 1: Piano inclinato
Figure 2: Emisferi di Magdeburgo
T − M gsenα = 0 e −T + mg = 0 da cui si ottiene: nel 1657, una spettacolare esperienza alla quale asm = M senα, dove α é l’angolo del piano inclinato. sisté un enorme numero di concittadini.
Cosa osservare: Appoggiare la valvola leggermente
aperta degli emisferi sul disco della pompa a vuoto,
ed azionare la pompa in modo da togliere l’aria
Il moto rettilineo uniforme con la rotaia a
all’interno. Dopo un breve intervallo di tempo sará
cuscino d’aria
quasi impossibile staccare i due oggetti metallici.
Materiale utilizzato: una rotaia a cuscino d’aria, Cosa vuol dire: La pressione esterna degli emisferi
un contatempi, un dispositivo di sganciamento e dei impedisce il loro distacco. Per separare gli emistraguardi a fotocellula.
feri sará sufficiente inserire all’interno degli stessi
Cosa osservare: la rotaia deve essere perfettamente dell’aria in modo che la pressione interna diventi
orizzontale, si misurano i tre tempi e le relative dis- uguale a quella esterna.
tanze percorse, si verifica che spazi uguali vengono
attraversati in tempi uguali.
Campanello elettrico
Cosa vuol dire: il moto del carrello rettilineo
uniforme e la velocitá risulta costante v = ∆s
Materiale utilizzato: Pompa pneumatica, cam∆t .
panello elettrico o qualsiasi altra sorgente di suono e
campana di vetro
Esperimenti con la pompa per il
Cosa osservare: Il campanello viene posto sul pivuoto
atto della pompa aspirante e si aziona collegandolo in
cc ad una ddp di circa 10 V, infine viene coperto dalla
Crepavesciche
campana di vetro e si aziona la pompa. Si osserva
Pompa pneumatica, che, man mano che l’aria viene aspirata, il suono del
Materiale utilizzato:
bichiere ricoperto con una pellicola trasparente (do- campanello diviene sempre pi impercettibile fino a
scomparire.
mopack)
Cosa osservare: Un bicchiere di vetro, ricoperto Cosa vuol dire: Il suono e la luce sono due diversi
da una pellicola fissata con un elastico alla estremitá tipi di onde: meccaniche ed elettromagnetiche. Le
cava, viene appoggiato sul supporto della pompa onde meccaniche necessitano di un mezzo per propapneumatica. Azionando la pompa, estraiamo l’aria garsi, quale l’aria, mentre le onde elettromagnetiche
dalla campana. La pellicola si gonfia fino a rompersi. si possono propagare anche nel vuoto. Quando viene
Cosa vuol dire: La pressione esercitata dall’aria tolta l’aria dalla campana di vetro, viene tolto il
esterna, non piú bilanciata da quella in precedenza mezzo di propagazione per le onde sonore, mentre
esercitata dall’aria interna, provoca in pochi istanti la propagazione delle onde elettromagnetiche non
viene influenzata; per questo non si recepisce piú il
la lacerazione della pellicola.
suono del campanello, mentre gli oggetti interni alla
campana sono ancora visibili.
Emisferi di Magdeburgo
Materiale utilizzato: Pompa pneumatica, emisferi di Magdeburgo
Notizie storiche: Intorno al 1655 Otto von Guericke (1602-1686), borgomastro di Magdeburgo, mise
a punto una pompa pneumatica che poteva estrarre
l’aria da recipienti a tenuta. Grazie a questo nuovo
strumento, von Guericke poté allestire a Magdeburgo,
Tubo di Newton
Materiale utilizzato:
Pompa pneumatica,
tubo di Newton con due oggetti di massa diversa
all’interno
Notizie storiche: L’esperimento del tubo a vuoto é
stato ideato e progettato da Galileo Galilei, che non
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in aria. Quando invece, per mezzo di una pompa
pneumatica, viene tolta l’aria da sotto la campana,
si nota che la bilancia s’inclina pendendo dalla parte
della sfera cava, che nel vuoto pesa dunque di piú
del contrappeso.
Cosa vuol dire: La sfera, avendo un volume maggiore, sposta una maggiore quantitá d’aria ricevendo
cosı́ una spinta maggiore verso l’alto che le permette
di stare in equilibrio con il contrappeso posto sulla
bilancia.
Figure 3: Campanello elettrico
é stato peró il suo esecutore, a causa dell’inesistenza
di macchine pneumatiche. Il primo scienziato ad
eseguire questo esperimento é stato Isaac Newton.
Cosa osservare: Nel tubo di vetro sono state inserite una piuma, una sfera di metallo e un pezzettino
di cartone; ad una estremitá del tubo si trova un
rubinetto dal quale, per mezzo di una macchina pneumatica é possibile aspirare l’aria dall’intero tubo. Se
all’interno del tubo é presente l’aria, si puó notare
che capovolgendo lo strumento la sfera di metallo
tocca l’estremitá del tubo per prima, il cartoncino
per secondo e la piuma per ultima. Se invece al tubo
é stata tolta l’aria, si puó notare che tutti e tre gli
oggetti nel tubo cadono contemporaneamente.
Cosa vuol dire: l’esperimento del tubo di Newton serve a dimostrare come in assenza di aria sia
valido il principio di Galileo Galilei, secondo cui ogni
corpo cade con la stessa accelerazione, e pertanto due
oggetti lasciati cadere contemporaneamente arrivano
nello stesso istante. In aria la differente velocitá di
caduta dei gravi é dovuta alla diversa resistenza che
l’aria pone sui corpi.
Baroscopio
Materiale utilizzato: Pompa pneumatica, Baroscopio
Notizie storiche: Il baroscopio, strumento inventato da Otto von Guericke (1602-1686), serve per la
dimostrazione del principio di Archimede applicato
ai gas, secondo cui ”un corpo immerso in un fluido
riceve una spinta dal basso verso l’alto uguale al peso
del fluido spostato”.
Cosa osservare: l’esperimento consiste nel porre
sotto una campana di vetro una bilancia che invece
dei due piatti consueti ha agganciati da una parte
una sfera cava di grande volume, dall’altra un peso
di massa maggiore ma di minor volume. Si nota
subito che i due pesi sono perfettamente in equilibrio
Palloncino nel vuoto
Materiale utilizzato: Pompa pneumatica, campana di vetro, palloncini.
Cosa osservare: Si prende un palloncino di gomma,
lo si gonfia leggermente e lo si annoda all’estremitá.
In seguito lo si mette sotto ad una campana di vetro
insieme ad un palloncino vuoto, collegata tramite un
tubo ad una macchina pneumatica che toglie da sotto
la campana tutta l’aria presente, creando il vuoto.
Dopo poco tempo dall’accensione della macchina
pneumatica il palloncino comincia a gonfiarsi sempre
di piú. Se invece si toglie dalla campana il tubo che
la collega alla macchina pneumatica, cosı́ da lasciar
entrare l’aria, il palloncino si sgonfia fino a ritornare
allo stato iniziale.
Cosa vuol dire: Con questo esperimento viene verificata la legge di Boyle, cioé a temperatura costante
pV = cost: appena la pressione esterna diminuisce,
grazie all’aspirazione dell’aria, il volume dell’aria
all’interno del palloncino aumenta; viceversa quando
la pressione esterna aumenta, il volume dell’aria nel
palloncino diminuisce. Tutto ció avviene perché i
gas, al contrario dei solidi e dei liquidi, non hanno
un proprio volume e quindi, in assenza di pressione
esterna, le loro molecole possono allontanarsi tra di
loro a piacimento.
Ebollizione dell’acqua a temperatura
ambiente
Materiale utilizzato: Pompa pneumatica, bicchiere con acqua.
Cosa osservare: Eliminando l’aria all’interno della
campana a vuoto si osserva che l’acqua bolle pur
mantenendosi a temperatura ambiente.
Cosa vuol dire: In situazioni normali l’acqua bolle
a circa 100o C, questo perché a quella temperatura
il calore conferisce alle molecole un’energia cinetica
sufficiente per spezzare i legami dello stato liquido
e le molecole si possono liberare sotto forma di gas;
sarebbe peró piú corretto dire che questo accade
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a quella temperatura (100o C) e a quella pressione
(1 atm). Togliendo l’aria si abbassa la pressione e
l’acqua bolle ad una temperatura minore dei 100o C,
esattamente a temperatura ambiente.
Ottica
Un raggio di luce
Materiale utilizzato: Il banco ottico é costituito,
normalmente da una solida sbarra di acciaio, munita
di suddivisioni millimetrate; su di esso possono essere
fissati mediante dei sostegni, chiamati cavalieri, i vari
strumenti per le esperienze. Il proiettore diottrico é
costituito da una lampada e da una portalampada
che possono scorrere all’interno di un tubo cilindrico
detto carter. Nell’altro estremo del tubo puó scorrere
una lente convergente (condensatore) (30 W, 6V). Si
definisce prisma ottico un mezzo ottico delimitato da
due facce piane e non parallele. In alternativa puó
essere usato un proiettore magnetico.
Osservazione 1: La luce viene scomposta nelle sette
componenti monocromatiche (colori dell’arcobaleno)
cioé si disperde. Inserendo un secondo prisma nel
cammino ottico del fascio deviato si osserva che le
componenti non possono essere scomposte ulteriormente. Inserendo nel cammino ottico della luce una
lente convergente (f = 15 cm), questa si ricompone
e diventa bianca. Inserendo dei filtri nel cammino
ottico, vicino allo schermo si possono effettuare delle
interessanti osservazioni, ad esempio inserendo un filtro verde, questo assorbe tutte le componenti tranne
il verde che é l’unica che riesce passare attraverso il
filtro. Se, successivemente, si inserisce nel cammino
ottico un filtro rosso allora si ossserverá una situazione di estinzione. Definizione La luce é un’onda
trasversale e la vibrazioni dell’onda é sempre perpendicolare alla direzione di propagazione secondo
infiniti piani paralleli. Osservazione 2: La polarizzazione della luce: inserendo due filtri polarizzatori
nel cammino ottico della luce, si possono effettuare
ulteriori osservazioni. Il microscopio polarizzatore:
che cos’é e a che cosa serve.
Osservazione di una sezione sottile di roccia a nicol
paralleli ed incrociati.
La corrente indotta
Esperimento di Faraday
Cosa osservare: se si avvicina o si allontana il
magnete alla bobina, si osserva nel galvanometro lo
spostamento dell’indice che indica un passaggio di
corrente.
Cosa vuol dire: con una variazione del flusso
del campo magnetico si genera corrente che viene
chiamata corrente indotta, il flusso del campo magnetico viene definito come: φ = BScosα, e in questa
esperienza di Faraday varia l’angolo α.
Alternatore
Materiale utilizzato: alternatore e galvanometro.
Cosa osservare: girando la manovella dello strumento, viene fatto ruotare il magnete all’interno della
bobina, ai capi della quale sono collegati due led, uno
rosso ed una verde che si accendono in modo alternato.
Cosa vuol dire: i fenomeni che si osservano sono
quelli dell’induzione elettromagnetica e la produzione
di corrente alternata. In tal caso il flusso del campo
magnetico é variabile ed il suo andamento ha carattere sinusoidale. Il carattere alternato della corrente
lo si puó osservare direttamente nel galvanometro e
dall’accensione alternata dei due led colorati.
Motore dinamo
Materiale utilizzato: modello di dinamo.
Cosa osservare: ruotando la manovella dello strumento si produce energia meccanica che viene trasformata in energia elettrica.
Cosa vuol dire:
la dinamo é una macchina
rotante in grado di trasformare energia meccanica in
elettrica. Essa gode del principio di reversibilitá
in quando si puó effettuare il viceversa (motore
elettrico) cioé trasformare energia elettrica in energia meccanica, il fenomeno fisico che permette la
trasformazione dell’energia meccanica in elettrica si
chiama induzione elettromagnetica. Nella dinamo si
fa ruotare una parte mobile chiamato rotore rispetto
ad una parte fissa chiamata statore. La potenza elettrica che si osserva attraverso l’intensitá luminosa é
direttamente proporzionale alla velocitá di rotazione.
Ringraziamenti
Si ringraziano tutti gli studenti delle classi
dell’indirizzo scientifico per il contributo fornito e
per la loro disponibilitá.
Materiale utilizzato: una bobina con N spire,
cavi di collegamento, un galvanometro, un magnete
rettangolare.
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