bolla moto prima

Corso TFA 2014-­‐15 Esperienze di Fisica – Modulo I Paolo Calvani Le basi sperimentali della cinemaCca •  Il sistema di riferimento e la relaCvità del moto. Esempi: treni in stazione, auto appaiate in autostrada ecc. •  Il principio di inerzia e il riferimento inerziale •  L'invarianza galileiana: le leggi della meccanica sono le stesse in tuK i sistemi di riferimento inerziali !l'esperimento ideale del "gran naviglio". •  La rivoluzione copernicana come cambiamento di sistema di riferimento L'esperimento ideale del Gran Naviglio • 
Riserratevi con qualche amico nella maggiore stanza che sia soRo coverta di alcun gran navilio, e quivi fate d'aver mosche, farfalle e simili animaleK volanC; .. sospendasi anco in alto qualche secchiello, che a goccia a goccia vadia versando dell'acqua in un altro vaso di angusta bocca, che sia posto a basso: e stando ferma la nave, osservate diligentemente come quelli animaleK volanC con pari velocità vanno verso tuRe le parC della stanza; ... le sClle cadenC entreranno tuRe nel vaso soRoposto; e saltando voi, come si dice, a piè giunC, eguali spazii passerete verso tuRe le parC. Osservate che avrete diligentemente tuRe queste cose, benché niun dubbio ci sia che mentre il vassello sta fermo non debbano succeder cosí, fate muover la nave con quanta si voglia velocità; ché (pur che il moto sia uniforme e non fluRuante in qua e in là) voi non riconoscerete una minima mutazione in tuK li nominaC effeK, né da alcuno di quelli potrete comprender se la nave cammina o pure sta ferma: voi saltando passerete nel tavolato i medesimi spazii che prima, né, perché la nave si muova velocissimamente, farete maggior salC verso la poppa che verso la prua, benché, nel tempo che voi state in aria, il tavolato soRopostovi scorra verso la parte contraria al vostro salto; le gocciole cadranno come prima nel vaso inferiore, senza caderne pur una verso poppa, benché, mentre la gocciola è per aria, la nave scorra molC palmi; ... e finalmente le farfalle e le mosche conCnueranno i lor voli indifferentemente verso tuRe le parC.... E di tuRa questa corrispondenza d'effeK ne è cagione l'esser il moto della nave comune a tuRe le cose contenute in essa ed all'aria ancora, che per ciò dissi io che si stesse soRo coverta; ché quando si stesse di sopra e nell'aria aperta e non seguace del corso della nave, differenze piú e men notabili si vedrebbero in alcuni degli effeK nominaC... Dalla grandezza media alla grandezza istantanea: la velocità •  Il sistema Tutor misura la velocità media di un'auto Δx/Δt su un intervallo Δt di parecchi minuC. •  La stradale la misura con due fotocellule distanC poche decine di metri: Δt ≈ 1 s. •  Il tachimetro della bicicleRa la misura sul tempo necessario al magnete montato sul raggio per passare di fronte al sensore sulla forcella: Δt < 0,01 s. Quello dell'auto su un Δt ancora più breve, ecc. •  Insegnare la composizione delle velocità (Es.: Tapis roulant) •  Insegnare a converCre km/h in m/s e v.v.: v[km/h] = 3,6 v[m/s] (ConverCre le unità è importante, come dimostra...) Lo schianto su Marte del Climate Orbiter Esperienze di meccanica Il moto uniforme Un moto uniforme "spontaneo" è contrario all'esperienza quoCdiana e merita di essere mostrato agli studenC (che sono isCnCvamente "aristotelici"). 1. Rotaie (quasi) prive di aRrito Una rotaia ad aria compressa si può anche fare in casa collegando allo scarico di un aspirapolvere un profilato di alluminio forato a intervalli regolari. I carrelli sono diedri di alluminio. 2. Veicoli a ghiaccio secco (PSSC) Il veicolo è cosCtuito da un piccolo dewar pieno di ghiaccio secco fissato su una piastra d'acciaio forata. La CO2 che esce dal foro realizza un "piccolo hovercraq" Con una spintarella il veicolo si muove senza aRrito sullo sfondo di un metro. La sequenza stroboscopica dimostra che il moto è effeKvamente uniforme 3. Un moto reKlineo uniforme... verCcale La velocità con cui scende l'olio è massima al centro [v(R)] e nulla sulle pareC. Se R è il raggio della canna e µ
la viscosità dell'olio, a meno di faRori geometrici si ha €
€
y !
∂v ∂ ⎛
y ⎞ !
v(R)
Fvisc ∝ µ ∝ ⎜ v(R) ⎟; Fvisc = k
R ⎠
R
∂y ∂y ⎝
€
!
v(R)
"
Fvisc + mg = 0; k
− mg = 0
R
mgR
⇒ v(R) =
= costante
k
!
v
Come si registra il moto della bolla A)  In due persone, con un cronometro e misure ripetute del tempo impiegato per raggiungere traguardi successivi. B) Con la telecamera del cellulare e un programma che isola i singoli fotogrammi. Taratura "casalinga" della telecamera del cellulare Intervallo medio fra i fotogrammi: Δt = 0,40 ± 0,05 s
(Inquadrando un cronometro si riduce di molto l'errore) La bolla avanza regolarmente di €
Δh = 2,0 ± 0,2 cm
ogni 2 fotogrammi; perciò €
⎛ 1 1 ⎞
Δh
= 5,0 ± ⎜ + ⎟ × 5 = 5,0 ± (0,225 × 5) =
v=
⎝ 8 10 ⎠
Δt
= 5,0 ± 1,2 cm/s = 5 ± 1 cm/s
Il moto uniformemente accelerato: 1. Rotaie ad aria compressa Non si possono usare funzioni trigonometriche, ma per la similitudine dei triangoli: F : mg = h : l ⇒ a : g = h : l
2. Veicoli a ghiaccio secco Ora il veicolo a ghiaccio secco, trainato da un peseRo che cade dal tavolo, percorre spazi che si allungano con il quadrato dei tempi impiegaC. 3. La caduta di un grave misurata con un vecchio giradischi
La velocità angolare del piaRo è costante, per riprodurre fedelmente i suoni! Si può usarla come cronometro per i tempi brevi •  Il primo peso dà lo start •  il secondo peso dà lo stop •  la distanza angolare α tra le due tracce dà il tempo di caduta t: α  : 360 = t : (60/33,3) Misure quanCtaCve nel laboratorio di Via TiburCna 1. Il pendolo semplice Il pendolo semplice (segue) •  Graficare T2 vs. l con gli errori. Ricavare x e Δx. •  Valutare l'errore sul periodo e sulle altre grandezze •  Aumentando i pallini, controllare se il periodo dipende dalla massa. E' cambiata la posizione del baricentro? •  Misurare (2π ) 2 l
g=
T2
•  Valutare l'errore su g. €
2. La forza elasCca Il moto armonico Esperienze sul calore • 
• 
Chiarire agli allievi che: Il calore Q è energia trasferita (demolire il pregiudizio del "calorico"), mentre quella che sta nei corpi è l'energia interna U, legata a Q dal 1° Principio della Termodinamica: • 
• 
Come si propaga? Per conduzione: esperienza dei tre cucchiaini (argento, acciaio e plasCca) nella tazza d'acqua calda ! Conducibilità termica ! Legge della parete di area A e spessore d : ΔU = Q − L
κ
A
ΔQ
=κ
d
Δt
€
La pelle misura Q , T o ΔQ/Δt? ! Esperienza taKle del marmo e del legno: verifica col termometro che sono isotermi. •  Per irraggiamento (anche nel vuoto, anche senza luce visibile) ! Effe8o serra, €Esperienza dello specchio e del termometro •  Per convezione (nei fluidi) •  Il vaso di Dewar (1892) rallenta i tre processi. €
La misura del calore 1. L'equivalente in acqua del calorimetro. Si deve preliminarmente determinare la capacità termica C0 del calorimetro (cioè la somma di quelle del dewar , del termometro e del mescolatore). C0 viene espressa in termini di una massa equivalente d'acqua M* . •  Si inserisce una massa d'acqua calda M1 a T1 (pesando il dewar prima e dopo. Quale errore sistemaCco si elimina?) •  Si aggiunge M2 a T2 (vicina all'ambiente) •  Si misura T* all'equilibrio. •  Dal bilancio termico (M
+ M*)(T
− T*)
= M (T * −T
) si ricava M* •  Si determina l'errore e si ripete più volte la misura. 1
€
1
2
2
2. Il calore specifico di un solido • 
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• 
• 
Si inserisce nel calorimetro una massa d'acqua calda M1 a T1 Il contenitore con il solido si immerge in acqua a T2 (vicina all'ambiente) Si aspeRa, poi si immerge il solido nell'acqua calda e si misura la T* di equilibrio. Si valuta il bilancio termico (M1 + M*)(T1 − T*)c a = M x c x (T * −T2 );
(M1 + M*)(T1 − T*)c a
cx =
M x (T * −T2 )
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Si determina l'errore e si ripete più volte la misura. €
Si confronta il risultato con quello in leReratura. 3. Il calore latente di fusione del ghiaccio • 
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Si inserisce una massa d'acqua calda M1 a T1 Si aggiunge una massa MG di ghiaccio fondente (T= 0 °C) Dopo fusione completa e mescolamento si misura T* all'equilibrio (T1>>T*>>0). Le pesate di M1 e MG vanno faRe per differenza. Si valuta il bilancio termico (M1 + M*)(T1 − T*)c a = MG λ + MG c a (T * −0°C);
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e si ricava λ. €
Si determina l'errore e si ripete la misura. Si confronta il risultato con quello in leReratura.