Laboratorio - Legge fondamentale della dinamica

I.T.I.S. “J. Torriani” – Cremona

Laboratorio di Fisica

Allievo: Bencivenga Salvatore Data: 31.10.2006

Classe: 2ªB LST Esercitazione n° 4

Gruppo: Bencivenga Salvatore,

Cristofoletti Miriam,

Lorenzini Lara,

Lorenzini Marco,

Tomasoni Alice.

Titolo: Verifica della legge fondamentale della dinamica

Obiettivi

• Eseguire le misure per determinare l’accelerazione del sistema in movimento, che rimane costante, facendo variare la forza di trazione.
• Eseguire le misure necessarie per determinare l’accelerazione del sistema in movimento, al variare della sua massa, mantenendo costante la forza di trazione.
• Verificare sperimentalmente il legame di proporzionalità esistente fra la forza e la massa del sistema.

Disegno

Richiami teorici

Meccanica = ramo della fisica, che studia il movimento dei corpi.

Dinamica = parte della meccanica che studia il movimento dei corpi, tenendo conto delle cause che provocano tale movimento.

Tempo (t) = concetto astratto del quale è possibile misurarne solo gli intervalli.

Spazio (s) = porzione di traiettoria, presa in considerazione.

Traiettoria = insieme di punti occupati da un corpo in movimento, istante dopo istante.

Punto di riferimento = punto fissato per stabilire il moto effettivo di un corpo (in questa esperienza era indicato da “O”).

Massa = quantità di materia contenuta in un corpo; grandezza fisica, espressa come rapporto fra la forza applicata a un corpo e l’accelerazione che risulta impressa al corpo stesso.

Accelerazione = rapporto fra la variazione della velocità al variare del tempo.

Strumentazione

Elettrocalamita = pezzo di acciaio dolce (contenente una bassa percentuale di carbonio), collegato ad un interruttore, che consente di produrre o meno una forza traente (calamita); funge da calamita solo quando il filo di rame è attraversato dalla corrente.

Fotocellula = dispositivo che mette raggi luminosi; se oscurato, invia un impulso ad un cronometro; (la prima fotocellula è fissa e la seconda è mobile).

Carrucola = leva di tipo indifferente (= che non varia la forza entrante con quella uscente).

Pesetti = collegati al carrellino attraverso un filo che scorre sulla carrucola.

Scala degli spazi

Carrellino (corpo di ferro attratto dall’elettrocalamita).

Cronometro digitale = rileva il tempo con cui il carrellino attraversa lo spazio che intercorre fra le due fotocellule.

1ª parte esperimento

Modo di operare

Schema:

• Azionare il carrellino, disattivando la calamita;
• Compilare una tabella con i dati riguardanti la massa, la forza traente, il tempo impiegato e l’accelerazione;
• Costruire il grafico F – a;
• Ricavare la relazione che lega la forza e l’accelerazione, attraverso la legge fondamentale della dinamica.

Descrizione

Per iniziare questa prima parte dell’esperienza, abbiamo applicato dei pesetti aggiuntivi al carrello, ed altri al portapesi posto all’estremità del filo passante per la carrucola (entrambe le quantità indicate precedentemente dalla tabella). Abbiamo disattivato la calamita, togliendole corrente, mettendo così in moto il carrellino, e rilevando il tempo segnalato dal cronometro.

Successivamente, abbiamo ripetuto questa operazione, diminuendo i pesetti sul carrellino, ed aumentando quelli sul portapesi, cercando di mantenere sempre costante la massa del sistema (pari a 0,570 kg). Abbiamo, poi, inserito i tempi ottenuti nella tabella, arrivando a calcolare l’accelerazione e la costante (la massa del sistema). Con i dati della forza traente e dell’accelerazione, abbiamo fissato un sistema di riferimento cartesiano, mettendo i primi in ordinata e i secondi in ascissa. Infine, mediante quest’ultimo passaggio, è stato possibile ricavare la legge di proporzionalità che lega le due grandezze.

Risultati ottenuti e tabelle

Tabella: F

m m m F m

carrello pesi agg. pesetto sistema 2 2 2 k = (kg)

(sec²) a (m/sec²)

s (m) t (sec) t

(kg) (kg) (kg) (N) (kg) a

1 0,500 0,050 0,020 0,196 0,570 0,50 ± 0,01 1,65 ± 0,01 2,72 ± 0,03 0,36 ± 0,01 0,544 ± 0,02

2 0,500 0,040 0,030 0,294 0,570 0,50 ± 0,01 1,35 ± 0,01 1,82 ± 0,03 0,56 ± 0,02 0,525 ± 0,02

3 0,500 0,030 0,040 0,392 0,570 0,50 ± 0,01 1,17 ± 0,01 1,37 ± 0,02 0,74 ± 0,03 0,530 ± 0,02

4 0,500 0,020 0,050 0,490 0,570 0,50 ± 0,01 1,05 ± 0,01 1,10 ± 0,02 0,92 ± 0,04 0,532 ± 0,02

5 0,500 0,010 0,060 0,588 0,570 0,50 ± 0,01 0,96 ± 0,01 0,92 ± 0,02 1,08 ± 0,05 0,544 ± 0,03

6 0,500 0 0,070 0,686 0,570 0,50 ± 0,01 0,89 ± 0,01 0,79 ± 0,02 1,26 ± 0,06 0,544 ± 0,03

Valore medio

0,537 ± 0,01

Calcoli

- passaggio da massa dei pesetti traenti (espressa in kg) a forza (espressa in N):

- F_{1 pesetto1} = m · 9,8 = 0,020 · 9,8 = 0,196 N

- F_{2 pesetto2} = m · 9,8 = 0,030 · 9,8 = 0,294 N

- F_{3 pesetto3} = m · 9,8 = 0,040 · 9,8 = 0,392 N

- F_{4 pesetto4} = m · 9,8 = 0,050 · 9,8 = 0,490 N

- F_{5 pesetto5} = m · 9,8 = 0,060 · 9,8 = 0,588 N

- F_{6 pesetto6} = m · 9,8 = 0,070 · 9,8 = 0,686 N

- calcolo del quadrato del tempo:

21 2 2 2

- t₁: V_m = t² = (1,65)² = 2,72 sec

m E 0

, 01

a 2

· 2,72 = 0,03 sec

· V = 2 ·

= 2 ·

E 1

a m 1

,

65

V

m

1

22 2 2 2

t₂: V = t² = (1,35)² = 1,82 sec

- m E 0

, 01

a 2

= 2 · = 2 ·

E · V · 1,82 = 0,03 sec

2

a m

V 1

,

35

m

2

23 2 2 2

t₃: V = t² = (1,17)² = 1,37 sec

- m E 0

, 01

a 2

· V

E = 2 · = 2 · · 1,37 = 0,02 sec

3

a m

V 1

,

17

m

3

24 2 2 2

t₄: V = t² = (1,05)² = 1,10 sec

- m E 0

, 01

a 2

= 2 · = 2 ·

E · V · 1,10 = 0,02 sec

4

a m

V 1

, 05

m

4

25 2 2 2

t₅: V = t² = (0,96)² = 0,92 sec

- m E 0

, 01

a 2

· V

E = 2 · = 2 · · 0,92 = 0,02 sec

5

a m

V 0

,

96

m

5

26 2 2 2

t₆: V = t² = (0,89)² = 0,79 sec

- m E 0

, 01

a 2

· 0,79 = 0,02 sec

· V

= 2 · = 2 ·

E 6

a m 0

,

89

V

m

6