Esperimento di Fisica

1. Esperimento di Fisica - La forza centrifuga -

2. Realizzato da … • Barulli Leonardo • Carucci Luca • Gentile Umberto • Pinto Giuseppe

3. Introduzione Tutti i giorni abbiamo a che fare con una forza apparente che influenza molte delle nostre azioni: la forza centrifuga. Questa è la forza a cui ogni corpo è sottoposto quando è messo in rotazione, spingendolo verso l'esterno. Se non esistesse questa forza, come si spiegherebbe il fatto che il bucato aderisce la cestello della lavatrice quando è in funzione? Oppure, perché se siamo in macchina e svoltiamo a destra, il nostro corpo tende ad andare a sinistra? Anche in atmosfera questa forza è importante ed è massima all'equatore e nulla ai poli.

4. Nei corpi che si muovono di moto circolare la forza centrifuga è la forza che si esercita su tutte le componenti del corpo spingendole ad allontanarsi dal centro lungo la tangente. È una delle due forze che operano nei moti circolari, per generare i quali occorre una seconda forza (detta centripeta) che trattenga i corpi lungo l'orbita circolare.

5. Un corpo che muove di moto circolare uniforme è soggetto alla accelerazione centripeta, che è sempre diretta verso il centro di rotazione: ove: ac = accelerazione centripeta; v = velocità periferica; r = raggio.. Vediamo prima la forza centripeta …

6. Su ogni corpo di massa m soggetto ad accelerazione agisce una forza F uguale a: Perciò, la forza F che agisce su un corpo di massa m che muove con moto circolare uniforme è:

7. Questa forza viene definita forza centripeta e la sua direzione coincide in ogni istante con quella dell’accelerazione centripeta. Vediamo ora la forza centrifuga …

8. La forza centrifuga Quando un corpo muove lungo una traiettoria circolare, agisce continuamente su di esso una spinta rivolta verso l’esterno, che tende ad allontanarlo dal centro di rotazione. Questa è la Forza centrifuga, che si genera per reazione alla forza centripeta, ha la sua stessa intensità ma verso opposto.

9. La Forza centrifuga Fc è direttamente proporzionale alla massa m del corpo in movimento circolare, al quadrato della sua velocità v, ed è inversamente proporzionale alla misura del raggio r della traiettoria circolare percorsa, secondo l’espressione , da cui:

10. Per esprimere la forza centrifuga Fc in funzione della velocità angolare rad/sec : siccome quindi avremo: ed in definitiva

11. Elenco delle apparecchiature • 1 cilindro (pozzo centrifugo) • 1 pallina • 1 tavola di legno • Alcuni cavi • 1 interruttore • 2 pannelli solari (15X7,5) • 1 motorino elettrico 12V • Attrezzi di supporto (trapano,saldatrice,pinza, taglierino,ecc).

12. Realizzazione dell’ esperimento • Aiutandoci con un seghetto … … realizziamo una tavola rettangolare di legno.

13. Ora ritagliamo 3 tavole di legno più piccole

14. Incolliamo 2 tavolette sulle quali saranno successivamente montati i pannelli solari • Colleghiamo la terza tavoletta alla tavola di base tramite una cerniera

15. Prendiamo alcuni cavi • Saldiamoli al motorino da 12V

16. Saldiamo il motorino da 12V sulla terza tavola • Colleghiamo i pannelli solari tra loro e inseriamo un interruttore

17. Assicuriamoci che tutto sia ben saldato … “BARULLO”

18. Pratichiamo un foro alla base del cilindro e colleghiamolo al motorino da 12V • Diamo un’ ultima spolveratina e …

19. Finalmente tutto è pronto!!!

20. Un applauso agli ingegneri!!! DOMENICO BARULLO (Barullo’s father)

21. Ora facciamo qualche prova … È notte fonda, perciò ci serviamo di un po’ di luce fornitaci da una comune lampada da studio

22. Esecuzione dell’ esperimento Dato che in questo caso sfrutteremo energia solare, dirigiamoci all’aperto dove i raggi del sole sono molto forti. Il cilindro inizia a girare grazie al motorino, il quale è azionato appunto dai pannelli solari. Inseriamo nel cilindro la pallina e notiamo come essa inizi a girare rimanendo “incollata” al cilindro stesso.

23. … Tutto sembra funzionare alla perfezione Ora facciamo un po’ di calcoli … Calcolare il minimo coefficiente d’attrito che deve avere la biglia/pozzo per poter ruotare ai giri inclinati senza cadere sapendo che: * f = 1200 giri/min ; m = 5g ; r = 3,25 cm N.B.: per la frequenza abbiamo scelto un valore a caso In quanto non disponiamo dei mezzi necessari per misurarla esattamente in quanto l’intensità dei raggi solari varia di giorno in giorno, quindi,nel nostro caso: * La frequenza dipende dall’intensità dei raggi solari

24. Risoluzione La condizione di minimo attrito si ha quando : Per l’aderenza della pallina al pozzo centrifugo, dovrà risultare:

25. Sviluppo la prima formula ( ) • Ottengo: , con = coefficiente d’attrito radente = forza centrifuga Ove = diametro del pozzo centrifugo

26. Per calcolare il coefficiente d’attrito

27. E passando ai valori: 9,8 m/s² 2 X PI.GRECO² X (( 1200giri/min : 60 )s¯¹ )² X 0,065 m 0,019

28. Valutazione dei risultati Per > 0,019 l’equilibrio è assicurato. In caso contrario la pallina cadrebbe dal cilindro Da ciò di deduce inoltre che la massa non influisce.

29. Il team 24h/IMPOSSIBLE IS NOTHING ringrazia tutti coloro che hanno reso possibile questo esperimento ed, in particolare, il professor O.C.Piccolo per le sue dimostrazioni in classe. Speriamo di esser riusciti a chiarire le idee a tutti coloro che volessero sapere di piu’ sulla forza centrifuga.