giovedì 31 gennaio 2013

La forza elastica

La forza elastica è una forza molto familiare infatti chi non ha mai avuto a che fare con un elastico o una molla?
La forza elastica può essere studiata  facilmente utilizzando la forza-peso che abbiamo già affrontato nei post precedenti.
La legge di Hooke afferma che  "la forza elastica F della molla è direttamente proporzionale allo spostamento x dalla posizione di equilibrio" fornisce la forza applicata a un corpo elastico, nota la sua variazione di lunghezza, o viceversa
 
F= - kD x (N)
 
dove F rappresenta la forza peso;
k è la costante elastica e nei limiti di elasticità mantiene sempre lo stesso valore che è caratteristico per ogni molla  o per ogni elastico
per limite di elasticità si intende la soglia oltre la quale un corpo, se sollecitato, non mostra più comportamento elastico ma va incontro a una deformazione permanente o alla rottura.
D x non è altro che le variazioni della molla ovvero gli allungamenti.
Formule inverse: k=F/D x (N/m);          D x=F/k (m)
 
Per una dimostrazione pratica si rimanda al post "La legge di Hooke" in Esperienze di laboratorio.

mercoledì 30 gennaio 2013

Archimede


Ad Archimede sono imputate le seguenti affermazioni  e aneddoti:

Datemi una leva (o un punto di appoggio) è vi solleverò il mondo! La leggenda vuole che Gerone, re di Siracusa, abbia varato una nave, spingendola in acqua, dopo averla sollevata con una leva costruita da Archimede.








Un’altra affermazione famosa attribuita ad Archimede pare facendo un bagno fu Eureka (ho trovato) in quel periodo stava studiando i fluidi: scoprì che si poteva calcolare il volume di un corpo di forma irregolare misurando il volume dell'acqua che veniva spostata quando il corpo veniva immerso.

lunedì 28 gennaio 2013

Le forze di attrito

"La  forza di attrito è sempre diretta in senso contrario al movimento"

Partendo dall'affermazione di cui sopra diremo che le forze di attrito sono forze di contatto.
Si manifesta come la resistenza al movimento di un corpo su una superficie o in un fluido.

Tra le forze di contatto ricordo le forze di attrito volvente, attrito radente statico e dinamico, attrito viscoso.

L'attrito volvente riguarda un corpo che rotola su una superficie, esempio: ruota di un auto, una biglia, rulli ecc.
La forza di attrito volvente è direttamente proporzionale alla forza premente ed è inversamente proporzionale al raggio del corpo.
La costante di proporzionalità è il coefficiente di attrito volvente.
Tale forza ha la stessa direzione del movimento ma di verso contrario.

formula:

Fv= Kv* F/r
Fv=Forza di attrito volvente
Kv= coefficiente di attrito volvente che dipende dalla superficie di contatto
F=Forza premente che equivale alla forza peso
r=raggio del corpo




La forza di attrito radente è direttamente proporzionale alla forza premente e la costante di proporzionalità è il coefficiente di attrito radente.

L'attrito radente statico Fas è uguale al coefficiente di attrito statico per la forza premente perpendicolare alla superficie
 Fas=μs *F⊥ 
La forza di attrito radente statico non dipende dall'area di contatto fra le superficie, è parallela alla superficie di contatto, il suo verso si oppone al movimento.



L'attrito radente dinamico incomincia quando un corpo non resta fermo ma incomincia a scivolare
Fad=μd *F⊥  che vuol dire coefficiente attrito dinamico per la forza perpendicolare.
La forza di attrito radente dinamico Fad ha la direzione parallela al piano, verso opposto al movimento, modulo direttamente proporzionale alla forza premente.

Si ricorda che il coefficiente di attrito dinamico è minore di quello statico ed è un numero puro.







L'attrito viscoso si ha quando un corpo si muove in un fluido per esempio l'aria, l' acqua, l' olio ecc.
La forza di attrito viscoso è direttamente proporzionale alla velocità e la costante di proporzionalità è K*m.
Tale forza ha la stessa direzione del movimento ma verso opposto.

La forza  di attrito viscoso ovvero la resistenza dipende
-dalla forma del corpo;
-dal tipo di fluido in cui ci muoviamo;
-dalla velocità alla quale ci muoviamo.

formula            
Kvisc=K*m*v

F=Forza attrito viscoso
K= coefficiente viscoso che dipende dalla forma del  corpo e ha le dimensione di una lunghezza (ad esempio un corpo sferico K= 6pr )
m=viscosità dinamica (unità di misura ( N*s)/m)
v= velocità di avanzamento del corpo

















La forza peso e la massa

Sappiamo che  sulla terra ogni corpo subisce una forza-peso Fp perchè attratto dalla forza di gravità.
Il nostro pianeta si comporta come una calamita, quindi possiamo affermare che i corpi hanno un peso o meglio dire una forza-peso perchè hanno a che fare con la forza di gravita g (m/s2).

formula per  calcolare la forza-peso  Fp=m * g   unita di misura il Newton N.

Stabilito che la massa si misura in kg e il peso in N quando ci chiedono quanto pesiamo non dobbiamo rispondere  ...tanti kg.. ma bensì tanti Newton.

altra differenza da sottolineare tra la massa e il peso e che la massa non cambia mentre la forza-peso si, infatti con un esempio possiamo dire che la forza peso a livello del mare avrà un valore mentre in alta quota sarà diversa.

Si nota di più quanto detto sopra con un altro esempio: sulla terra la forza di gravità g
vale:
g= 9,81 m/s2



mentre sulla luna vale circa un sesto di quella terrestre, questo spiega perchè gli astronauti saltellano.










Ricordiamo infine che  il modulo Fp della forza peso che agisce su un corpo è direttamente proporzionale alla sua massa m               Fp=m*g

da questa formula ci ricaviamo g=Fp/m (N/kg)      e   m=Fp/g (kg)

domenica 27 gennaio 2013

I vettori

Abbiamo detto nel post "somma di due o più forze" che le forze si sommano con il metodo punto-coda consigliato oppure con la regola del parallelogramma.
Definiamo ora cos'è un vettore: una grandezza  che ha una direzione, un verso, un valore numerico (modulo) e il punto di applicazione. Inoltre si mette una freccia sulla lettera che la rappresenta
→                                          →                                    →
F       
                                     V                                      S






  • modulo: rappresenta la lunghezza del vettore (indicata da un valore e un'unità di misura);
  • direzione: è individuata dal fascio di rette parallele alla retta su cui giace il vettore;
  • verso: il verso è descritto dalla punta del vettore stesso, rappresentato da un segmento         orientato;
  • punto di applicazione: il punto antecedente a tutti gli altri, ossia il punto iniziale.


  • Le operazioni con i vettori
     
     somma di vettori: si usano metodo punto-coda oppure regola del parallelogramma (vedi post precedente sulla somma delle forze)
                                                                                                                                                                   
    scomposione di un vettore: non è altro che l'operazione inversa della somma. Dato un vettore C trovare i vettori componenti vedi esempio:
     
    differenza di due vettori: vedi post precedente ricordando che quando un vettore è con il segno meno bisogna rappresentarlo in modo opposto ad uno di segno positivo.
     
    moltiplicazione di un vettore per un numero: si moltiplica la lunghezza del vettore ed eventualmente ne cambia il verso, esempio:
    →    →
    A = 3B      in caso di numero negativo il vettore è di verso opposto.
     
     
     
    prodotti scalare e vettoriali: i primi danno valori scalari i secondi valori vettoriali.
     

         

    Somma di due o più forze

    Normalmene su un corpo agiscono due o più forze. Per trovare la somma o forza risultante  bisogna capire come si sommano queste forze, innanzi tutto è importante sapere la direzione ed il verso applicando le stesse regole algebriche C=A+B+C+... dove C è la forza risultante indicata solitamente con Fr od anche R.
    Per sommare le forze si utilizza il metodo punta-coda ovvero mettere la coda del seconda in punta della prima  esempio:
    nel primo disegno a sinistra la risultante e la freccia in rosso, nel secondo caso è zero.altri esempi:
     
     
    prestare attenzione alle direzione delle frecce che come detto in precedenza bisogna rispettare le regole algebriche pertanto  sommare ad esempio 5 e - 5 significa scrivere R=5+(-5)=0N oppure sottrarre due forze prendendo come riferimento sempre 5 e - 5 significa scrivere R=5-(-5)=10N
     
    "possiamo concludere quindi che il metodo punta-coda serve a sommare le forze"
     
    stando attenti quando si sposta la seconda forza di trascinarla in parallela a se stessa.
     
    Un altro metodo è la cosiddetta "regola del parallelogramma", si usa quando due forze hanno in comune la stessa coda o punto di applicazione come vediamo in figura qui di seguito:
     

    

    domenica 13 gennaio 2013

    Il dinamometro

    Per misurare l'intensità di una forza F (N) possiamo utilizzare uno strumento chiamato dinamometro.
    Il dinamometro è costituito da una molla racchiusa in un cilindro, sul quale è tracciata una scala graduata.
     In alto insieme ad una picola vite di bloccaggio sul dinamometro c'è un gancetto che rotandolo oppurtanamente si ottiene la taratura ovvero posizionare l'ndicatore solitamente un piccolo dischetto rosso (ricordo che esistono diversi dinamometri anche di forma diverse) sottile all'interno del cilindro sullo "0", evitando cosi  gli errori sistematici.
    In fondo al cilindro c'è un anello al quale si appendono i pesetti da misurare, ricordando che sul fondo del cilindro graduato è collocato un tappo di bloccaggio della molla al fine di non deformare la molla con un peso maggiore della portata dello strumento!

    sabato 5 gennaio 2013

    Concetto di forza

    La forza, intesa come grandezza fisica, spesso non corrisponde al significato che a essa si dà nell'esperienza quotidiana. Per cercare una definizione scientifica devi osservare che una forza può deformare un corpo, se questo non è in grado di spostarsi, e può anche imprimergli un'accelerazione se esso è libero di muoversi. Esistono vari tipi di forza ad esempio: forza di gravità, forza magnetica, forza di attrito, la forza del vento ecc .
    Possiamo quindi dire che esistono forze  di  contatto e a distanza
    Esempio di forza di contatto: il vento sulla vela o su un palloncino, il piede che colpisce un pallone, pallina da tennis contro racchetta, ecc.
    Esempio di forza a distanza: forza magnetica di una calamita, forza di gravità della terra che attira verso il basso un paracatudista, ecc.


    La forza è la grandezza fisica che può causare la deformazione di un corpo o imprimere un'accelerazione a un corpo libero di muoversi.
     

    Nel Sistema Internazionale S.I. la forza è una grandezza fisica derivata le cui dimensione si ricavano dalla formula   F = m * a (secondo principio della dinamica)
      e l'unità di misura della forza è il Newton definito come:    1N = 1(kg * m)/s2       

    venerdì 4 gennaio 2013

    Come si effettua una lettura di uno strumento analogico

    La lettura di una misura, non risulta difficile quando si leggono in formato digitale, per brevità vi rimando al precedente post Gli strumenti dove vengono date spiegazioni più esaurienti.
    Piuttosto vorrei concentrarmi sugli strumenti analogici in quando per esperienza tantissimi allievi almeno nell'immediato (anche per la poco dimestichezza con taluni apparecchi) non riescono ad effettuare una misura analogica senza che essa sia viziata da errori di lettura.

    Come fare allora?
    Per prima cosa dobbiamo evitare l'errore di parallasse (errori di sovrastima o di sottostima) ricordo che è un errore dovuto allo sperimentatore :-)  e dalla sua posizione non corretta.

    Dopo si passa alla lettura direttamente sulla strumentazione non prima di aver stabilito qual è la Portata o Fondo scala,  ed il numero divisioni dello strumento.

    Da questi semplici dati possiamo fare la nostra prima misura ricordando che la costante di uno strumento K è uguale alla portata P diviso il fondo scala Fs   / k=P/ndFs es. pratico di uno amperometro (misura la corrente in un circuito elettrico) che ha la portata 5 A  ed il numero divisione uguale a 100 basta fare 5:100=0,05 A, ottenendo cosi Ka=0,05 A
    Ora non resta che leggere il valore corrispondente supponiamo che sia 40 e moltiplicarlo x Ka quindi nel nostro caso I=Ka*nd   I=0,05*40=2 A

    Volendo si può calcolare anche l'errore assoluto Ea conoscendo la classe di precisione dello strumento  Ea=(Cp*P)/100 esempio Ea=(0,5*5)/100=0,025A
    Ricordo che quando l'errore è più piccolo di quello dato dall'incertezza della misura (0,05A) stessa viene preso come riferimento quello della lettura come nel nostro caso 0,025  è più piccolo di 0,05.

    Classe di precisione degli strumenti degli apparecchi elettrici:
    \mathit{0.05 - 0.1 - 0.2 - 0.3 - 0.5 - 1 - 1.5 - 2 - 2.5 - 3 - 5}