Moto uniformemente accelerato con la guidovia - Popolis

Alunna: Paola Arbosti - Classe: 1°H
Anno scolastico 2008/09
Scienza della materia
IL MOTO UNIFORMEMENTE ACCELERATO
OBIETTIVO
Studiare il moto uniformemente accelerato in cui l’accelerazione è costante utilizzando la guidovia
a cuscini d’aria tracciando i grafici spazio-tempo, velocità-tempo e accelerazione-tempo.
BREVE PREMESSA TEORICA
In fisica il moto è definito come il cambiamento di posizione di un corpo al trascorrere del tempo.
Gli elementi essenziali del moto sono:
- la traiettoria, ovvero la successione dei punti descritti da un corpo in movimento;
- lo spazio percorso;
- il tempo impiegato a percorrere un determinato spazio;
- la velocità, cioè il rapporto fra lo spazio e il tempo;
- L’accelerazione ovvero la variazione della velocità nell’unità di tempo.
Il moto può essere studiato cinematicamente o dinamicamente. Nel primo caso, per descrivere
l’andamento di un moto si utilizza una legge fisica, detta legge oraria, che esprime lo spazio
percorso s in funzione del tempo t. Da essa si ricavano altre grandezze fisiche, la velocità e
l’accelerazione, che consentono di definire il tipo di moto. Così, se la velocità è costante, si parla di
moto uniforme; se la velocità è variabile e l’accelerazione è costante, si parla di moto
uniformemente accelerato; se l’accelerazione è variabile nel tempo, si parla di moto vario. (Il tipo di
moto trattato in questa esperienza il moto uniformemente accelerato).
Per descrivere un moto a partire dalle forze che lo producono, in generale si ricorre alle tre leggi
della dinamica e ai teoremi associati, tra cui anche la legge di conservazione dell’energia.
Quest’ultima dice che l’energia totale di un corpo soggetto a forze conservative resta costante
durante il suo moto, ovvero l’energia potenziale del corpo si trasforma in energia cinetica e
viceversa, ma il valore della loro somma non varia.
Per studiare il moto uniformemente accelerato in laboratorio abbiamo utilizzato la guidovia a
cuscino d’aria, un sistema in cui l’attrito è trascurabile.
Si tratta di un dispositivo piuttosto sofisticato composto da un guida cava in cui viene insufflata aria
che poi fuoriesce nella parte superiore a contatto con l’aliante (corpo in moto). Al di sopra della
guida c’è con un filo rigido che, da un lato è collegato all’aliante e, dall’altro, passando nella gola di
una carrucola, è attaccato ad una massa che costituisce la causa del moto. Sopra suddetto guida vi
sono inoltre quattro fotocellule posizionate (da noi) a distanze uguali (40 [cm]) e collegate ad un
Multi Timer che ha il compito di registrare i tempi (T1,T2,T3).
MATERIALE UTILIZZATO PER LA REALIZZAZIONE DELL’ESPERIENZA
Guidovia provvista di:
• guida a cuscino d’aria con asta graduata [cm],
• aliante,
• filo rigido,
• carrucola
• portamasse e massa causa del moto,
• 4 fotocellule poste (da noi) a distanze uguali di 40 [cm],
• Multi-timer.
1

La guidovia
ALIANTE
MULTI TIMER
T1 T2 T3
T1
ILLUSTRAZIONE DELL’APPARECCHIATURA MONTATA:
FASE 1.
T2
MULTI TIMER
T1 T2 T3
T1
T2
T3
T3
Vi = 0
STOP
RESET
F1
F2
STOP
RESET
F1
F2
T1 T2 T3
a = K
F1 F2 F3 F4
40 cm 40 cm
40 cm
Blower
T1 = T1 tot
ASTA GRADUATA
[cm]
40 cm 40 cm
40 cm
S1
a = K
F1 F2 F3 F4
MASSA = CAUSA
DEL MOTO
FOTOCELLULE
FILO RIGIDO
CARRUCOLA
a
H
2

FASE 2.
FASE 3.
MULTI TIMER
T1 T2 T3
T1
T2
MULTI TIMER
T1 T2 T3
T1
T2
T3
T3
STOP
RESET
F1
F2
STOP
RESET
F1
F2
T1 tot
T2 tot
a = K
F1 F2 F3 F4
40 cm 40 cm
40 cm
T1 tot
T2 tot
S2
a = K
∆S1
F1 F2 F3 F4
40 cm 40 cm
40 cm
∆S1
T3 tot
S3
∆S2
a = k
a = k
3

GRANDEZZE FISICHE MISURATE
Grandezza Simbolo Unità di misura Strumento
Tempo T [s] Multi-timer
Spazio S [m] Asta graduata
CARATTERISTICHE DEGLI STRUMENTI UTILIZZATI
Strumento Risoluzione Portata
Multi-timer 0,01 [s] >60 [s]
Metro 0,01 [m] 2 [m]
FASI OPERATIVE DELL’ESPERIENZA:
1. Innanzitutto si sono accesi il timer ed il blower e abbiamo cominciato a capire come era
strutturato il sistema.
2. Poi abbiamo misurato lo spazio (∆s) compreso fra due fotocellule che è stato fissato di 40
[cm] e il tempo(∆t)
3. Si è fatta quindi cadere la massa (m) attaccata alla carrucola in modo da dare inizio al moto
dell’aliante che, inizialmente, era stato posto in prossimità della prima fotocellula (Vi=0).
4. Abbiamo riportato in una tabella i tempi registrati dal multi timer effettuando 5 prove di
rilascio dell’aliante in modo da ottenere risultati più attendibili dei tempi.
5. Con i tempi e gli spazi percorsi riportati in tabella, si sono calcolate le velocità e le
accelerazioni in vai punti.
6. Abbiamo infine tracciato tre grafici (spazio-tempo, velocità-tempo e accelerazione-tempo)
allo scopo di visualizzare meglio i risultati ottenuti e per capire anche visivamente se erano
stati commessi degli errori.
TABELLE RELATIVE AI DATI RACCOLTI ED ELABORATI
Tabella n°1
n° prove T1 [s] T2 [s] T3 [s] T1med. [s] T2med. [s] T3med. [s]
0 0,00 0,00 0,00
1 1,15 0,51 0,40
2 1,15 0,51 0,39
3 1,15 0,52 0,39 1,15 0,52 0,39
4 1,15 0,52 0,39
5 1,13 0,52 0,39
Tabella n°2
Ttot. med.i Si ∆ti ∆si Vi ∆ti ∆vi ai
[s] [m] [s] [m] [m/s] [s] [m/s] [m/s 2 ]
0,0 0,000 - - - - - -
1,15 0,400 1,15 0,400 0,35 - - -
1,78 0,800 0,52 0,400 0,77 0,52 0,42 0,81
1,90 1,200 0,39 0,400 1,02 0,39 0,25 0,64
FORMULE UTILIZZATE PER ELABORARE I DATI:
Ti med. = (T1i+T2i+…T5i)/5 [S]; ∆Ssi = Si-Ssi-1 [m];
T1 tot = T1 [s] Vi = ∆Si/∆Ti [m/s];
T2 tot = T1+T2 [s]; ∆Vi = Vi-Vi-1 [m/s];
T3 tot = T1+T2+T3 [s]; ai = ∆Vi/∆Ti [m/s 2 ].
∆Ti = Ti-Ti-1 [s];
4

GRAFICI OTTENUTI
S[m]
V[m/s]
a[m/s^2]
1,5
1
0,5
0
1,5
1
0,5
0
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Legge oraria
0 0,5 1 1,5 2
T[s]
Diagramma (V,T)
0 0,5 1 1,5 2
T[s]
Diagramma (a,T)
0 0,5 1 1,5 2
T[s]
5

VALUTAZIONE FINALE DELL’ESPERIENZA
BONTA’ DEI RISULTATI
I dati ottenuti accettabili in quanto le due accelerazioni trovate sperimentalmente sono abbastanza
simili fra loro come mostra il terzo grafico. Il fatto che l’accelerazione a2 è monore della a1, vuol
dire che l’aliante decelera.
CAUSE DEGLI ERRORI
Le due accelerazioni non sono uguali e questo è dato probabilmente dai seguenti fattori:
- la guidovia potrebbe non essere stata perfettamente orizzontale;
- dato che la guidovia non è protetta, il suo funzionamento potrebbe essere stato influenzato dalla
presenza di polvere;
- vi è l’attrito della carrucola che ruota;
- quasi a fine corsa dell’aliante il filo potrebbe appoggiarsi sulla guidovia creando attrito;
- può esserci stata una trasmissione di lievi forze esterne al rilascio dell’aliante.
PROPOSTE PER RIDURRE GLI ERRORI
Per ottenere risultati migliori bisognerebbe assicurarsi che la guidovia sia il più possibile
orizzontale, eliminare tutta la polvere visibile, fare attenzione alla carrucola e al filo evitando che
questi si appoggino sul sistema aumentando l’attrito.
DIFFICOLTA’ INCONTRANTE
Non abbiamo riscontrato particolari difficoltà esecutive.
TEMPO IMPIEGATO
Per svolgere la presente esperienza si sono impiegati circa 35 minuti.
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