Laboratorio di Fisica
"La FISICA …riciclata"
( come apprendere giocando)
Laboratorio di STATICA
STATICA DEI CORPI VINCOLATI
Teorema di Torricelli
I
corpi tendono ad assumere la posizione
per cui il baricentro
risulti più in basso possibile
Materiale:
Realizzazione
Con le forbici si ritagliano un rettangolo e una forma qualsiasi (regolare/irregolare) nel cartoncino.
Si infila il filo nell’ago e si lega all'estremità libera il bottone/piombo. In questo modo si è costruito un rudimentale "filo a piombo".
Si infila uno spillo in un punto qualsiasi della forma ritagliata e la si lascia dondolare finché non ha raggiunto l’equilibrio. Con l’aiuto del filo a piombo costruito precedentemente, si traccia con la matita la verticale passante per il punto di sospensione. Si ripete l’operazione cambiando il punto di sospensione.
Se l’operazione precedente è stata eseguita con una certa accuratezza, il punto di intersezione delle due verticali darà la posizione del baricentro cercato.
(In particolare, nelle figure geometriche regolari il baricentro coincide con il punto d’incontro delle diagonali.)
Si possono inoltre ritagliare delle sagome particolari, come la forma del territorio della provincia di Bologna o della regione Emilia-Romagna ecc…o del corpo umano, per determinare la posizione del baricentro di tali distribuzioni.
Materiale:
Realizzazione
Si poggia la bottiglia ora sul fondo, ora sull’imboccatura, ora sul fianco.
Si ottengono così i 3 tipi di equilibrio: stabile, instabile ed indifferente.
Volendo approfondire il discorso, si può inserire nella bottiglia del materiale solido e riprovare le tre possibilità di equilibrio per coglierne le eventuali variazioni.
(Si può fare ricavare agli studenti la definizione dei 3 tipi diversi di equilibrio).
La variazione della posizione del baricentro in conseguenza della variazione della disposizione del materiale inserito, può essere vista meglio con l’esperienza degli "ovetti magici".
Materiale:
Realizzazione:
Si pone una piccola massa di materiale plastico all’interno dell’ ovetto, sistemandola o sul fondo o in un lato , in modo da variare la posizione del baricentro dell’oggetto. Richiuso l’ovetto, esso tenderà ad assumere spontaneamente la posizione di equilibrio in ottemperanza al teorema di Torricelli (i corpi tendono ad assumere spontaneamente la posizione per la quale il baricentro risulti più in basso possibile). Se invece all’interno si pone del materiale granulare, esso tenderà a spostarsi a seconda della posizione data, per cui l’ovetto si verrà a trovare in condizioni di equilibrio indifferente. Per rendere più gradevole l’aspetto degli ovetti, si possono disegnare delle facce (con varie espressioni) con i pennarelli (richiamo alla filastrocca di Humpty-Dumpty).
Materiale:
Realizzazione
Si inseriscono simmetricamente le punte delle forchette nel tappo di sughero, avendo l’accortezza di disporle con il manico verso il basso (più il manico è basso e meglio è).
Si infila lo stuzzicadenti sotto il tappo, possibilmente in posizione centrale.
Si appoggia la struttura ottenuta sulla punta libera dello stuzzicadenti e il gioco è fatto! Infatti la struttura sembra stare in equilibrio quasi "miracolosamente", anche se si danno dei piccoli colpetti che fanno ondeggiare il tutto ed anche se si appoggia su una superficie molto piccola (come la punta di un dito o il tappo di una bottiglia o il bordo di un contenitore).
La spiegazione di questo comportamento curioso sta nel fatto che il baricentro del sistema si viene a trovare sotto il punto di sospensione, e ciò implica una condizione di equilibrio stabile (Teorema di Torricelli).
Materiale :
( La necessità di usufruire di oggetti, portaoggetti e lacci di uguale massa è dettata dal fatto di rendere ininfluenti sulla pesata tali elementi rispetto alle masse dei corpi da appendere)
Realizzazione
Si riveste la barra orizzontale della gruccia con la striscia centimetrata, fissandola con lo scotch.
Si sospende la gruccia per il suo gancio e utilizzando un filo a piombo (realizzabile con un pezzo di cordicella a cui viene sospeso un velo di tulle a mo' di sacco in cui è stata inserita una certa massa) si segna con una penna il punto in cui la verticale interseca la striscia centimetrata. Da questo punto in poi, sia verso destra che verso sinistra, si segnano di seguito dei segmenti congruenti (1 cm l'uno sarebbe meglio) fino ad arrivare alle estremità della barra stessa. Si preparano due sacchetti di tulle contenenti un numero diverso di biglie di vetro (o altro) e si chiudono con la cordicella.
Si agganciano i due sacchetti ad una graffetta ciascuno e poi si cerca di sistemarli ai due lati opposti rispetto al punto centrale in modo da ristabilire l’equilibrio della bilancia. Una volta individuate le posizioni corrette si riportano i dati ottenuti in una tabella a 4 colonne (massa1 / distanza1/ massa2 / distanza2) in modo da giungere alla determinazione della condizione d’equilibrio di una leva:
"il prodotto della forza (data dalla massa soggetta alla forza di gravità) per il braccio corrispondente(distanza dal punto centrale) è costante".
F * b = K
(legge di proporzionalità inversa)