Fisica a Cinque Cerchi

Fisica a Cinque Cerchi
Dott. Alex Casanova1
1 Gruppo
Divulgazione Scientifica Dolomiti “E. Fermi”
Dolomiti in Scienza 2014
Belluno 25/01/2014
A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”)
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A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”)
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XXII Giochi Olimpici Invernali
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Introduzione
Obiettivi:
1
parlare di leggi e principi di fisica classica, di una fisica “più familiare” e
“quotidiana”; in altre parole, prendendo spunto dello sport, far vedere
la fisica all’opera, concretamente applicata;
2
mostrare come la conoscenza delle leggi fisiche non solo permetta di
capire i perché di un gesto atletico, ma anche di far evolvere la stessa
disciplina sportiva.
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Introduzione
Avvertenze:
si parla solo di alcune discipline sportive invernali;
si parla di fisica nello sport e non di scienza nello sport;
non si parla di sport come pura applicazione di conoscenze scientifiche.
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fase di rincorsa;
momento dello stacco;
fase di volo.
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Il Salto con gli Sci
Come raggiungere distanze
maggiori?
Quali leggi fisiche applicare?
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Il Salto con gli Sci
La rincorsa: il moto di un corpo lungo un piano inclinato (lungo
∼ 80 − 90m).
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Il Salto con gli Sci
La rincorsa: il moto di un corpo lungo un piano inclinato (lungo
∼ 80 − 90m).
Moto dei Corpi: il Secondo Principio della Dinamica.
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Il Salto con gli Sci
La rincorsa: il moto di un corpo lungo un piano inclinato (lungo
∼ 80 − 90m).
Moto dei Corpi: il Secondo Principio della Dinamica.
“Un corpo soggetto ad un sistema di forze acquisisce
un’accelerazione”.
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Il Salto con gli Sci
La rincorsa: il moto di un corpo lungo un piano inclinato (lungo
∼ 80 − 90m).
forza motrice: la gravità;
forze dissipative: attriti dell’aria
(viscoso) e tra sci e ghiaccio
(radente).
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Il Salto con gli Sci
La rincorsa: il moto di un corpo lungo un piano inclinato (lungo
∼ 80 − 90m).
forza motrice: la gravità;
forze dissipative: attriti dell’aria
(viscoso) e tra sci e ghiaccio
(radente).
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Il Salto con gli Sci
La rincorsa: il moto di un corpo lungo un piano inclinato (lungo
∼ 80 − 90m).
forza motrice: la gravità;
forze dissipative: attriti dell’aria
(viscoso) e tra sci e ghiaccio
(radente).
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Il Salto con gli Sci
Lo stacco: l’atleta, al momento giusto, deve proiettarsi verso l’alto,
contrastando:
l’inclinazione della parte finale del trampolino (∼ 10◦ );
la forza centrifuga.
Velocità di stacco: ∼ 90-100 km/h.
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Il Salto con gli Sci
Il volo: da nemica l’aria si trasforma in preziosa alleata.
Il principio di Bernoulli
La portanza
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Il volo: da nemica l’aria si trasforma in preziosa alleata.
Il principio di Bernoulli
La portanza
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Il volo: da nemica l’aria si trasforma in preziosa alleata.
Il principio di Bernoulli
La portanza
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Il Salto con gli Sci
Il volo: da nemica l’aria si trasforma in preziosa alleata.
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Il Salto con gli Sci
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Il Salto con gli Sci
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Il Salto con gli Sci
Andreas Goldberger, campione mondiale austriaco, durante i test in galleria del vento
a Vienna nel 2000.
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Il Salto con gli Sci
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Il Salto con gli Sci
L’evoluzione della tecnica: una buona fase di volo può sopperire a qualche
km/h in meno al momento dello stacco.
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Pattinaggio di Velocità
La pista olimpica di Misurina, 1956
(Archivio Fotografico CIO)
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Pattinaggio di Velocità
Perché il ghiaccio è scivoloso?
Qual è il meccanismo di
propulsione del pattinatore?
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Pattinaggio di Velocità
Perché il ghiaccio è scivoloso?
a) Perché la pressione esercitata dal pattinatore sul ghiaccio determina la
diminuzione della temperatura di fusione dell’acqua.
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Pattinaggio di Velocità
Perché il ghiaccio è scivoloso?
a) Perché la pressione esercitata dal pattinatore sul ghiaccio determina la
diminuzione della temperatura di fusione dell’acqua.
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Pattinaggio di Velocità
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Pattinaggio di Velocità
Perché il ghiaccio è scivoloso?
a) Perché la pressione esercitata dal pattinatore sul ghiaccio determina la
diminuzione della temperatura di fusione dell’acqua.
Stima:
∆p ∼ 10atm,
∆T ∼ 0, 1◦ C
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Pattinaggio di Velocità
Perché il ghiaccio è scivoloso?
a) Perché la pressione esercitata dal pattinatore sul ghiaccio determina la
diminuzione della temperatura di fusione dell’acqua.
b) Per lo sviluppo di calore da attrito.
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Pattinaggio di Velocità
Perché il ghiaccio è scivoloso?
c) Per la struttura intima delle molecole di acqua in prossimità della
superficie.
Simulazioni della dinamica molecolare del ghiaccio (2004) [5].
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Pattinaggio di Velocità
Qual è il meccanismo di propulsione del pattinatore?
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Pattinaggio di Velocità
Qual è il meccanismo di propulsione del pattinatore?
Propulsione su ghiaccio: il Terzo Principio della Dinamica.
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Pattinaggio di Velocità
Qual è il meccanismo di propulsione del pattinatore?
Propulsione su ghiaccio: il Terzo Principio della Dinamica.
“Ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria”.
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Pattinaggio di Velocità
Qual è il meccanismo di propulsione del pattinatore?
Attrito e pattinata: l’angolo di incisione.
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Pattinaggio di Velocità
L’evoluzione della tecnica: il pattino “clap”.
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Curling
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Curling
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Curling
Da dove deriva il nome?
Perché si usano le scope?
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Curling
Curling = incurvato
Unico sport dove la traiettoria
dell’oggetto può essere modificata dopo il
lancio.
In che modo?
Sfruttando l’attrito radente tra stone e
ghiaccio.
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Curling
Curling = incurvato
Unico sport dove la traiettoria
dell’oggetto può essere modificata dopo il
lancio.
In che modo?
Sfruttando l’attrito radente tra stone e
ghiaccio.
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Curling
L’attrito tra stone e ghiaccio deve tener
conto:
della concavità della superficie di
base della stone;
della presenza di goccioline sulla
superficie del ghiaccio.
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Curling
Il meccanismo di curvatura della stone
dipende:
dall’attrito stone - ghiaccio;
dalla rotazione impressa inizialmente
alla stone;
dalle microrugosità della superficie
di base della stone.
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Curling
Il meccanismo di curvatura della stone
dipende:
dall’attrito stone - ghiaccio;
dalla rotazione impressa inizialmente
alla stone;
dalle microrugosità della superficie
di base della stone.
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Curling
Il meccanismo di curvatura della stone
dipende:
dall’attrito stone - ghiaccio;
dalla rotazione impressa inizialmente
alla stone;
dalle microrugosità della superficie
di base della stone.
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Curling
Il meccanismo di curvatura della stone
dipende:
dall’attrito stone - ghiaccio;
dalla rotazione impressa inizialmente
alla stone;
dalle microrugosità della superficie
di base della stone.
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Curling
La traiettoria della stone si incurva:
a causa di una distribuzione asimmetrica dell’attrito radente (effetto di
trascinamento della pellicola d’acqua superficiale);
a causa dei binari prodotti dalle microrugosità della stone (effetto di
“autoguida”).
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Curling
L’utilizzo della scopa permette:
di diminuire l’attrito fra stone e
ghiaccio;
di aumentare la velocità della stone;
di rettificare la traiettoria della stone.
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Curling
L’utilizzo della scopa permette:
di diminuire l’attrito fra stone e
ghiaccio;
di aumentare la velocità della stone;
di rettificare la traiettoria della stone.
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Curling
L’utilizzo della scopa permette:
di diminuire l’attrito fra stone e
ghiaccio;
di aumentare la velocità della stone;
di rettificare la traiettoria della stone.
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Curling
L’utilizzo della scopa permette:
di diminuire l’attrito fra stone e
ghiaccio;
di aumentare la velocità della stone;
di rettificare la traiettoria della stone.
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Conclusioni
“È molto difficile che la
tecnologia ti faccia vincere, ma
non avere la tecnologia di
sicuro ti fa perdere”
(Pagina 6 in [2])
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Conclusioni
Come gli scienziati
vedono il mondo...
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Bibliografia I
G. Piragino, G. Pisent.
“Fisica Generale e Sperimentale”.
Vol. 1, Piccin, 1984.
N. Lanotte, S. Lem.
“Sportivi ad alta tecnologia”.
Zanichelli, 2013.
H. H. Gasser.
“Standards for the Construction of Jumping Hills”.
Federation Internationale de Ski, 2008.
W. Muller.
“The physics of ski jumping”.
University of Graz, 2006.
R. Rosenberg.
“Why ice is slippery?”.
Physics Today, 2005.
S. C. Colbeck.
“Pressure melting and ice skating”.
American Journal of Phys. 63 (1995), 888-890.
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Bibliografia II
J. J. De Koenig, G. De Groot, G. J. Van Ingen-Schenau
“Ice friction during speed skating”.
Journal of Biomechanics 25 (1992), 565-571.
M. M. Conde, C. Vega, A. Patrykiejew
“The thickness of a liquid layer on the free surface of ice as obtained from computer simulation”.
J. Chem. Phys. 129, 014702 (2008).
H. Nyberg et al.
“The asymmetrical friction mechanism that puts the curl in the curling stone”.
Wear 301 (2013), 583-589.
M. R. A. Shegelski, R. Niebergall, M. A. Walton.
“The motion of a curling rock”.
Canadian J. Phys. 74 (1996), 663-670.
J. L. Bradley.
“The sports science of curling: a practical review”.
Journal of Sports Science and Medicine 8 (2009), 495-500.
G. Ireson.
“Beckham as physicist?”.
Phys. Education 36 (2001), 10-13.
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Contatti
Sito internet: www.gdsdolomiti.org
Indirizzo e-mail: [email protected]
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