Esperienza con la rotaia a cuscino d'aria

Esperienza con la rotaia a cuscino d'aria

Scopo di questo esperimento è misurare il tempo che un carrello che scorre su una rotaia a cuscino d'aria impiega per percorrere tratti di spazio definiti. Ci interessa osservarlo sia in condizioni di moto rettilineo uniforme sia di moto uniformemente accelerato.

Materiali

1 rotaia a cuscino d'aria con scala numerata per le misure (precisa al cm)

1 carrello

1 elastico

1 computer

3 fotocellule

Descrizione

Utilizziamo per l'esperimento una rotaia a cuscino d'aria. Su un lato della rotaia è stampata la scala numerata in centimetri per le misure. Sulla rotaia, sorretto da un sottile velo d'aria che minimizza le forze d'attrito, scorre un carrello. Al carrello si può imprimere il movimento tramite un elastico montato ad una estremità della rotaia, se si vuole osservare una buona approssimazione del comportamento di un moto rettilineo uniforme.

Sulla rotaia sono montate anche 2 fotocellule, posizionabili a piacere lungo la scala numerata. Ogni fotocellula è collegata a un cronometro digitale preciso al centesimo di secondo. Quando il carrello parte, il cronometro inizia il conteggio. Quando il fascio di una fotocellula viene interrotto uno dei 2 led del cronometro segna il risultato della misurazione sul monitor del computer.

Dopo aver controllato che tutta la strumentazione funzioni come descritto sopra, procediamo con l'esperienza. Portiamo il carrello sulla posizione di partenza. Accendiamo il cronometro digitale, accendiamo le fotocellula poste sulla rotaia. Posizioniamo (aiutandoci con la scala numerata) le fotocellule regolabili a 20 cm di distanza l'una dall'altra. Ci assicuriamo che il cronometro segni 0,00 s e con il congegno elastico facciamo partire il carrello.

Sotto la spinta dell'elastico, il carrello comincia a muoversi finché non interrompe il fascio della prima e seconda fotocellula. Leggiamo i risultati sul cronometro: dal momento del distacco del carrello al momento in cui ha interrotto il fascio della prima fotocellula sono trascorsi  ...s per la prima esperienza,...s la seconda volta e ...s la terza

Ripetiamo successivamente la prova con distanze maggiori ma sempre col moto rettilineo uniforme. Riporto qui sotto i risultati successivi:

prima prova

s = 20 cm ;

primo    tentativo t=0.55 s

secondo tentativo t=0.55 s

terzo      tentativo t=0.59 s

seconda prova

s = 30 cm ;

primo    tentativo t=0.81 s

secondo tentativo t=0.83 s

terzo      tentativo t=0.86 s

terza prova         quarta prova

s = 40 cm ;                                 s=50 cm;

primo    tentativo t=1.07 s primo tentativo t=1.36 s

secondo tentativo t=1.05 s secondo tentativo t=1.38 s

terzo      tentativo t=1.13 s terzo tentativo t=1.34 s

Eccettuate piccole variazioni accidentali, è successo quello che ci aspettavamo. Il moto del carrello è una buona approssimazione di un moto rettilineo uniforme.

Vogliamo ora vedere cosa succede simulando un moto uniformemente accelerato. Per dar luogo a un moto uniformemente accelerato aumentiamo la pendenza della rotaia.

Prima fase

Il procedimento è lo stesso dell'esperimento precedente,soltanto che la velocità aumenterà in modo non uniforme ottenendo così risultati differenti.

Ripetiamo l'operazione più e più volte,aumentando la distanza ed ottenendo così risultati differenti.

prima prova

s = 20 cm ;

primo    tentativo t=1.27 s

secondo tentativo t=1.26 s

terzo      tentativo t=1.24 s

prima prova

s = 30 cm ;

primo    tentativo t=1.61 s

secondo tentativo t=1.60 s

terzo      tentativo t=1.63 s

prima prova

s = 40 cm ;

primo    tentativo t=1.88 s

secondo tentativo t=1.88 s

terzo      tentativo t=1.89 s

Anche in questo caso non vi è stata l'eccezione alla regola:difatti i risultati,tranne piccole variazioni centesimali,sono stati identici.