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dimostrare la validità dei primi due principi della dinamica

fisica


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Relazione di fisica

Obiettivi

L'obbiettivo di questo esperimento è dimostrare la validità dei primi  due principi della dinamica:

1.       Un corpo in moto continua a muoversi con velocità costante se la somma vettoriale delle forze esterne agenti su di esso è uguale a zero. (La prima legge è nota anche con il nome di principio di inerzia)

2.       Una forza risultante diversa da zero applicata ad un corpo produce un'accelerazione proporzionale alla forza e avente la stessa direzione e lo stesso verso della f 929c23j orza. La costante di proporzionalità è l'inverso della massa del corpo:



F=ma

Strumenti utilizzati per condurre l'esperimento:

1.      Rotaia a cuscino d'aria( permette di avere una superficie completamente piana ed un attrito quasi  nullo)

2.      Due fotocellule da posizionare agli estremi della rotaia

3.      Cronometro per la misurazione dei tempi

4.      Un metro per la misurazione delle distanze

5.      Un carrello che scorre sulla rotaia

6.      Un cartoncino da posizionare sul carrello per poter azionare le fotocellule

7.      Vari pesi da posizionare sul carrello

8.      Una corda collegata al carrello

9.      Una carrucola per la corda alla quale verranno di volta in volta attaccati

10. Pesi da 10g, 20g, 30g

Simboli usati

F: forza

m: massa

a: accelerazione

S: spazio

gp: grammi peso

t: tempo

g: gravità terrestre


S=1at² : legge oraria del moto del carrello

     2

Svolgimento dell'esperimento

Dopo essersi assicurati dell'orizzontalità della rotaia si può sistemare il carrello su di essa. Senza attaccare pesi al carrello si nota che questo rimane fermo sulla rotaia ma basta applicargli una piccolissima forza perché questo si muova.

Ora invece sistemiamo il carrello vicino alla prima fotocellula che dista dalla seconda 1,05m  e colleghiamolo al filo passante per la carrucola a cui e stato appeso un peso di 10g.

Lasciamo partire il carrello, quando il cartoncino oscurerà la prima fotocellula, il cronometro partirà per poi fermarsi quando verrà oscurata la seconda fotocellula; prendiamo nota del tempo (2,38s) e ripetiamo l'esperimento ma appendendo alla corda 20g e 30g registrando i rispettivi tempi (1,69s; 1,40s).

Adesso togliamo al carrello 1/3 della sia massa e ripetiamo così l'esperimento descritto sopra registrando nuovamente i dati.

Infine riportiamo il carrello alla sua massa originaria ma riduciamo la distanza tra le fotocellule a 68cm e ripetiamo l'esperimento prendendo nuovamente nota dei risultati ottenuti.

TABELLE

PROVA 1

Distanza tra le fotocellule di 1,05m

10g

2.38s

20g

1.69s

30g

1.40s

PROVA 2

riduzione della massa del carrello di 1/3

10g

1.95s

20g

1.45s

30g

1.21s

PROVA 3

Massa originaria ma distanza tra fotocellule ridotta a 68cm

10g

1.87s

20g

1.34s

30g

1.25s




Verifica della prima legge di Newton

All'inizio dell'esperimento il carrello, che non era ancora collegato con nessun peso, restava fermo ma bastava applicare una piccolissima forza su di esso perché si muovesse senza rallentare visto che l'attrito sulla  rotaia è quasi nullo. Quindi in assenza di attrito il carrello continua a muoversi senza rallentamenti verificando così la prima legge di Newton

Verifica della seconda legge di Newton

Tutte le misurazioni effettuate con i vari pesi e le varie distanze sono serviti a dimostrare la seconda legge di Newton:


sappiamo che questa è uguale a F=ma ma visto che il moto del carrello è uniformemente accelerato (L'accelerazione è g) la legge oraria del moto è S=1at²  (la velocità iniziale è 0) che si può anche

                                  2


riscrivere nel modo seguente: a=2S.

                                                     

Quindi possiamo riscrivere la prima legge di Newton così: F=m.2S o in modo ancor migliore Ft²=2mS dove F e t² sono le


         

variabili e 2mS le costanti, quindi se noi dimostriamo che Ft²

 è costante allora avremo verificato la seconda legge di Newton.

VERIFICA DELLE COSTANTI

PROVA 1

                                     Forza                 tempo                  Ft²

10g

2.38s

56.6gp

20g

1.69s

57gp

30g

1.40s

58.8gp

Considerando un certo margine d'errore abbiamo ottenuto una costante.

PROVA 2

                          Forza                 tempo                  Ft²

10g

1.95s

38gp

20g

1.45s

42gp

30g

1.21s

43gp

Il margine d'errore aumenta anche perché abbiamo ridotto la massa del carrello e aumentato il peso la cui massa quindi influisce in maniera maggiore.

PROVA 3

                               Forza            tempo                  Ft²

10g

1.87s

35gp

20g

1.34s

36gp

30g

1.25s

37.5gp

Anche questa è una costante quindi abbiamo dimostrato la seconda legge di Newton.







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