Moto di una Sferetta in un Fluido Liceo

Moto di una Sferetta in un Fluido Liceo Scientifico “Belfiore” Mantova Classe 3^C a. s. 1999/2000

Indice ® Scopo dell’Esperimento ® Materiali usati ® Metodo usato ® Risultati e loro analisi ® 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 -1 mm 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: 3 V ® Permette all’elettromagnete di funzionare

Telecamera Sony Handycam CCDTR 680 E ® 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 -200 k. Hz ® La sensibilità è 0, 5 Hz ®

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 Click sulla foto

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 spaziotempo ® Grafico velocitàtempo ® Analisi teorica del moto

Tabella dati

Grafico Spazio-Tempo

Grafico Velocità-Tempo Click sul grafico

Analisi Teorica del Moto Forze agenti: forzapeso, spinta di Archimede, forza d’attrito ® Forza d’attrito VISCOSO: F=- Kv ® Legge di Stokes ® Se le forza risultante diviene nulla, l’accelerazione è nulla velocità di regime ® S v -6 rv mg

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: 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.