Moto di una sferetta in un fluido
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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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Presentation Transcript
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.