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 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

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 spazio-tempo Grafico velocità-tempo Analisi teorica del moto

Tabella dati

Grafico Spazio-Tempo

Grafico Velocità-Tempo Click sul grafico

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 -6rv

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.