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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.

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moto di una sferetta in un fluido

Moto di una Sferetta in un Fluido

Liceo Scientifico “Belfiore” - Mantova

Classe 3^C

a. s. 1999/2000

indice
Indice
  • Scopo dell’Esperimento
  • Materiali usati
  • Metodo usato
  • Risultati e loro analisi
  • Conclusioni
  • Il gruppo di lavoro
scopo dell esperimento
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
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
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
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
Bilancia elettronica
  • Professionale
  • Tarata al centesimo di grammo
  • Utilizzata per misurare le masse delle sferette
calibro e cilindro graduato
Calibro e Cilindro Graduato
  • Calibro:
    • 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
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
Alimentatore
  • Corrente continua in uscita
  • Tensione: 3V
  • Permette all’elettromagnete di funzionare
telecamera
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
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
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
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
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
Metodo Usato
  • Filmato e misurazione dati fotogramma per fotogramma
  • Fotografia con otturatore sempre aperto e:
    • Stroboscopio
    • Lampada stroboscopica
risultati e loro analisi
Risultati e loro analisi
  • Tabella dei dati
  • Grafico spazio-tempo
  • Grafico velocità-tempo
  • Analisi teorica del moto
grafico velocit tempo
Grafico Velocità-Tempo

Click sul grafico

analisi teorica del moto

-6rv

S

v

mg

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
f a k v
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
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
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
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.

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