ESPERIMENTO CON LA ROTAIA A ZOLFO

effettuato presso l’ITIS "Mattei" - IPSIA "Fermi" di Faenza
sotto la guida della prof.ssa Giovanna Melandri

 Problema

Osservare un moto dove la velocità varia e studiare l’accelerazione in modo sperimentale

Materiale

Rotaia a zolfo, zolfo, pennello, cronometro, riga graduata,

Ipotesi

Dopo breve discussione viene fuori che secondo molti gruppi la velocità crescerà man mano che il carrello discende lungo il piano inclinato

Ci sarà cioè un’accelerazione …

La traiettoria è rettilinea.

Discussione sui problemi delle misure

Visto che le distanze e i tempi in questo modo non erano funzionali abbiamo proceduto al vero e proprio esperimento con la rotaia a zolfo.

Procedimento

Funzionamento della rotaia

La rotaia a zolfo funziona a corrente alternata, che si inverte ogni centesimo di secondo.

In questo modo la barra metallica posizionata sotto al carrello che sfiora lo zolfo, da noi pennellato uniformemente sulla rotaia nera, subisce l'inversione dello stimolo elettrico ogni centesimo di secondo.

Questo fa sì che lo zolfo sia attratto e respinto ad intervalli regolari e lasci una striscia gialla quando è attratto e venga spazzato via quando è respinto. Contando le strisce gialle e nere comprese nell'intervallo di 10 cm, noi stabiliamo quante volte, durante la permanenza del carrello in quell'intervallo, si è invertita la corrente. Se la velocità non è elevata, le strisce saranno strette e ravvicinate, mentre quando la velocità aumenta le strisce saranno più larghe e meno numerose.

Inclinare la rotaia, ponendo sotto una estremità un mattoncino di legno e  cospargere il binario nero centrale della rotaia con un leggero strato di zolfo. Far partire il carrello che scendendo lascia le tracce sul binario. A partire dalla prima traccia ben visibile, misurare a intervalli consecutivi di 10 cm e contare le tracce giallo - nere contenute in ciascuno. Registrare i dati in tabella e calcolare la velocità media.

Lo stesso procedimento si può svolgere anche con la rotaia inclinata diversamente.  

Osservazioni

Il carrello passando sul binario nero centrale della rotaia lascia  sulla striscia nera coperta di zolfo tracce gialle e nere. Il numero di strisce ci serve per misurare il tempo e la relazione che si vede nella tabella ci permette di calcolare la velocità media di ogni intervallo di 10 cm e di costruire un grafico. Nel grafico si può osservare che le velocità medie di ogni intervallo sono diverse e che aumentano progressivamente in modo "regolare" a mano a mano che il carrello scende.

Conclusioni

In matematica se una grandezza " y " si comporta nel grafico come la nostra velocità media è direttamente proporzionale alla grandezza "x "da cui dipende, se la semiretta ha origine nell'origine degli assi. Si può notare che la semiretta si ottiene interpolando le barre delle incertezze dovute agli errori di misura.

Nel nostro caso però possiamo osservare che la velocità iniziale V₀ causa nel grafico lo spostamento dell'origine della semiretta sull'asse delle y. Proviamo di calcolare dalla tabella l'accelerazione, determinando la variazione di velocità per ogni intervallo di tempo e dividendo tale velocità per il tempo nel quale è avvenuta tale accelerazione. Come si vede in tabella dalla media di tali accelerazioni si ricava che l'accelerazione media a = 21 cm/s2.

Facendo, invece, il grafico dello spazio col tempo otteniamo una curva, una parabola che è tipica del moto uniformemente accelerato.