Prima legge della dinamica e rotaia a cuscino d'aria

RELAZIONE DI LABORATORIO
PRIMA LEGGE DELLA DINAMICA E ROTAIA A CUSCINO D'ARIA

SCOPO DELL'ESPERIENZA: Dimostrare la veridicità della prima legge della dinamica mediante una rotaia a cuscino d'aria.
La prima legge della dinamica - o principio di inerzia - afferma che se su un corpo non agisce alcuna forza oppure la somma vettoriale è 0 possono verificarsi due diverse situazioni: [1] Se il corpo è fermo continua a rimanere fermo. [2] Se il corpo è in movimento si muove di moto rettilineo uniforme.

ATTREZZATURA e DESCRIZIONE: Per dimostrare tale principio è necessario adoperare un dispositivo che riduca l'attrito di un corpo in movimento; il laboratorio di fisica del Liceo Classico M.T.

SCHEMA DI MONTAGGIO: Rotaia a cuscino d'aria

RICHIAMI TEORICI: La dinamica studia il moto dei corpi prendendo in considerazione le cause dello spostamento.
Scoprire perché un corpo si muove è un problema che ha impegnato scienziati e filosofi fin dall'antichità. Secondo Aristotele il principio fondamentale che regola il moto è la tendenza di ciascuno dei quattro elementi - terra, aria, acqua e fuoco - a ritornare alla propria sfera di appartenenza. Aristotele si presenta poco dogmatico e le sue deduzioni sono sottoposte a verifica sperimentale di tipo qualitativo. L'ipse dixit di Aristotele influenzò notevolmente il mondo antico e resistette fino al Seicento, quando fu scalzato da Galileo Galilei, inventore del metodo scientifico.
Galileo, però, pur individuando correttamente le proprietà del moto dei corpi, rinunciò a scoprire la causa della loro accelerazione. Sarà nel Settecento Isaac Newton a rilevare le cause dell'accelerazione e determinare la formulazione classica dei principi della dinamica.
La prima legge della dinamica - o principio di inerzia - afferma che se su un corpo non agisce alcuna forza oppure la somma vettoriale è 0 possono verificarsi due diverse situazioni: [1] Se il corpo è fermo continua a rimanere fermo. [2] Se il corpo è in movimento si muove di moto rettilineo uniforme.
Ciò è dimostrato da Galileo tramite due esperimenti. Il primo, il “pendolo di Galileo”, è costituito da un pendolo fissato a un sostegno, il quale se abbandonato da una certa altezza risale nuovamente raggiungendo la stessa quota di partenza. Anche se si modifica l'altezza del pendolo la traiettoria cambia ma non l'altezza raggiunta. Galileo dimostra la prima legge della dinamica avvalendosi anche di un secondo esperimento, “l'esperimento ideale”. Egli osserva che una sferetta che rotola giù da un piano inclinato, se fatta risalire lungo un altro piano inclinato, raggiunge sempre la stessa quota di partenza. Grazie all'esperimento ideale Galileo riesce a dimostrare l'infondatezza del pensiero aristotelico, immaginando il caso limite di un corpo che si muove su un piano orizzontale senza attriti. Ma tale esperimento non è riproducibile sulla Terra, ove è impossibile eliminare completamente l'attrito.
E' bene ricordare che il principio di inerzia non è sempre valido; infatti, è vero solo se il sistema di riferimento è inerziale, cioè non accelerato.

DOMANDA GUIDA: E' necessario dimostrare che un corpo si muove di moto rettilineo uniforme; nel fare ciò, quindi, devo avvalermi di una tabella X e Y, per poi ricavare una retta passante per l'origine.

RACCOLTA DEI DATI: Tabulazione dei dati registrati durante l'esperimento, prendendo cinque misure per ogni distanza.

SPAZI TEMPI
20 cm • 1,24 sec
• 1,32 sec
• 1,21 sec
• 1,26 sec
• 1,26 sec
media 1,25 sec

SPAZI TEMPI
30 cm • 1,84 sec
• 1,98 sec
• 1,98 sec
• 1,90 sec
• 1,72 sec
media 1,88 sec

SPAZI TEMPI
40 cm • 2,64 sec
• 2,59 sec
• 2,64 sec
• 2,54 sec
• 2,25 sec
media 2,53 sec

SPAZI TEMPI
50 cm • 3,47 sec
• 3,21 sec
• 3,27 sec
• 3,29 sec
• 3,48 sec
media 3,34 sec

SPAZI TEMPI
55 cm • 3,87 sec
• 3,44 sec
• 3,40 sec
• 3,56 sec
• 3,57 sec
media 3,56 sec

ELABORAZIONE DEI DATI: Grafico realizzato su carta millimetrata

CONCLUSIONI: Nonostante il dispositivo fosse obsoleto, è stato possibile dimostrare la prima legge della dinamica, poiché il grafico rappresenta quasi perfettamente una retta passante per l'origine. E', perciò, giustificabile un leggero margine d'errore, causato dalle strumentazioni.