moto di una sferetta in un fluido liceo scientifico belfiore - mantova classe 3^c a. s. 1999/2000
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Moto di una Sferetta in un Fluido
Liceo Scientifico “Belfiore” - Mantova
Classe 3^C
a. s. 1999/2000
Indice Scopo dell’Esperime
nto Materiali usati Metodo usato Risultati e loro analis
i Conclusioni Il gruppo di lavoro
Scopo dell’Esperimento Studiare il moto di
un corpo sferico che cade in un fluido
Forze agenti: Spinta di Archimede Forza-peso della
sferetta Forza di attrito
viscoso del fluido
Materiali Usati Tubo Sferette Bilancia elettronica Calibro e cilindro graduato in
vetro Elettromagnete Alimentatore Telecamera Acqua, Alcool, Aria Lampada Stroboscopica Barre di legno tarate in cm Macchina Fotografica Supporto con panno nero
Tubo in Policarbonato Costruito apposta per
l’esperimento In policarbonato:
plastica con grande trasparenza, buona resistenza meccanica e non ingiallisce nel tempo
Altezza: 1,50 m Diametro interno: 5 cm
Click sulla foto
Sferette Di diverse dimensioni Di metallo per
consentire lo sgancio elettromagnetico, di plastica e polistirolo per le prove in aria
Dipinte di bianco per una maggiore visibilità
Bilancia elettronica Professionale Tarata al centesimo
di grammo Utilizzata per
misurare le masse delle sferette
Calibro e Cilindro Graduato Calibro:
Sensibilità: 10-1mm Utilizzato per tutte le
misure di diametri: sferette e cilindro.
Di materiale metallico Per le sferette più piccole
è stato usato anche un palmer
Cilindro graduato: 250 ml In vetro
Elettromagnete Nucleo di ferro dolce Bobina di filo di
rame Applicata una
corrente elettrica che crea un campo magnetico così trattenendo la sferetta
Click sulla foto per ingrandire
Alimentatore Corrente continua in
uscita Tensione: 3V Permette
all’elettromagnete di funzionare
Telecamera Sony Handycam CCD-
TR680E Tecnologia Hi-8 con
separazione del colore dalla luminosità
Audio Stereo Program AE per
regolare il periodo dei fotogrammi
Acqua, Alcool, Aria I tre fluidi utilizzati
nell’esperimento Diversi coefficienti di
attrito viscoso:
A 20°C:
acqua=0,100·10-2 N·s/m²
aria=0,023·10-2 N·s/m²
Lampada Stroboscopica La lampada
stroboscopica è una lampada alogena che emette un lampo a intervalli regolari, secondo una frequenza impostata
La gamma di frequenze è: 0-200kHz
La sensibilità è 0,5 Hz
Click sulla foto
Barre di Legno Sono tarate in cm Poste a lato del
cilindro, sono state usate nelle foto e nei filmati registrati per misurare le distanze percorse dalle sferette
Macchina Fotografica Possibilità di
mantenere l’otturatore aperto a piacere
Utilizzo di rullini di diverse qualità per diverse rese
Uso di un cavalletto
Metodo Usato Filmato e
misurazione dati fotogramma per fotogramma
Fotografia con otturatore sempre aperto e: Stroboscopio Lampada
stroboscopica
Fotografia-tipo del Moto
Risultati e loro analisi Tabella dei dati Grafico spazio-temp
o Grafico velocità-tem
po Analisi teorica del m
oto
Tabella dati
Grafico Spazio-Tempo
0
20
40
60
80
100
120
0 0,5 1 1,5 2
S(cm)
Grafico Velocità-Tempo
Click sul grafico
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,13 0,23 0,31 0,4 0,49 0,58 0,66 0,75 0,84 0,93 1,01
V(m/s)
00,5
11,5
22,5
33,5
44,5
5
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
V(m/s)
V(m/s) nel vuoto
Analisi Teorica del Moto Forze agenti: forza-
peso, spinta di Archimede, forza d’attrito
Forza d’attrito VISCOSO:
F = - K v Legge di Stokes Se le forza risultante
diviene nulla, l’accelerazione è nulla velocità di regime
v mg
S -6rv
Fa = - K v
= coefficiente di viscosità del fluido (dipende dal fluido e dalla sua temperatura)
K = lunghezza che caratterizza la forma dell’oggetto vedi Legge di Stokes per le sferette
V = velocità istantanea dell’oggetto in moto
Legge di Stokes Stokes: fisico irlandese
(1819-1903) Riguarda il moto di una
sferetta in un fluido, in regime laminare
La lunghezza caratterizzante la sferetta è:
K = 6 r
Conclusioni Il moto non è uniforme, né uniformemente
accelerato, e a ben guardare non del tutto rettilineo
Dopo un certo tempo la sferetta sembra viaggiare a velocità costante: ipotizziamo che la risultante delle forze agenti sia nulla
Un’analisi più accurata richiederebbe l’adozione di un regime turbolento, che tuttavia complicherebbe notevolmente l’analisi
Il Gruppo di Lavoro La classe 3^C del Liceo
Scientifico “Belfiore” di Mantova: Lorenzo Fusari Glauco Gerelli Giulio Girondi Emanuele Goldoni Giovanni Inglisa Gabriele Leoni Chiara Mantovani Davide Melfi Federico Perini Matteo Tencani Alessandro Tonelli Eleonora Zanasi
Il prof. Luigi Togliani
La realizzazione del CD e la presentazione multimediale sono a cura di Federico Perini. Le riprese con la videocamera sono a cura di Federico Perini ed Alessandro Tonelli.