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Buongiorno,

cosa far fare ai nostri studenti in estate?

Ok mare sole spiaggia, ma perché non giocare anche con la fisica?

Oggi vi presento un semplicissimo esperimento di laboratorio povero (e povero davvero!), realizzabile davvero in pochi minuti e con cose che avete normalmente in casa a portata di mano.

Il laboratorio in questione induce moltissime domande su: attrito, urti, conservazione dell’energia, proporzionalità tra grandezze, trasferimento di energia. Di seguito cercherò di presentarvi l’esperienza senza usare alcuna formula (che pur ci sono), ma solo cercando di descrivere il fenomeno qualitativamente ed utilizzando formule.

Giochiamo con la pallina ed i bicchieri!!

BICCHIERE1

Materiale occorrente

5 bicchieri di plastica

Forbici

1 pallina

Foglio di carta A4

Righello

Libri

Esperienza 1

Con dei libri costruire un piano inclinato, in modo da poter ottenere un angolo variabile rispetto all’orizzontale.

Prendere un bicchiere di plastica e tagliare sulla sommità una striscia a mò di porta (figura 1).

BICCHIERE2

Far cadere la pallina dal piano inclinato in modo che entri dentro il bicchiere. Registrare di volta in volta (almeno 3 misure) la massima distanza che raggiunge dalla base del piano il sistema pallina bicchiere, al variare dell’altezza del piano inclinato. In questa esperienza, facendo un ò di calcoli, è facile notare che le forze in gioco sono il peso e l’attrito. L’attrito è trascurabile lungo il piano inclinato (usiamo una pallina sferica), pertanto lungo il piano inclinato tutta l’energia potenziale verrò trasformata in energia cinetica (alla base del piano inclinato)

BICCHIERE4

Quando la pallina urta contro il bicchiere possiamo supporre che l’urto sia perfettamente anelastico (la pallina rimane attaccata al bicchiere e lo trascina), pertanto tutta l’energia cinetica andrà in lavoro di attrito. Ci aspettiamo (fatevi i conti, non sono complessi) che vi sia una proporzionalità diretta tra altezza del piano e distanza percorsa dal bicchiere.

Otteniamo il seguente grafico (i dati nel foglio di calcolo allegato)

Notiamo che l’intercetta è compatibile con zero una volta che abbiamo sottratto il diametro del bicchiere (6,4 cm) e quindi calcolato la distanza percorsa rispetto al punto di impatto

bicchiere6

Punti didattici da affrontare: attrito, urto anelastico ed elastico, confronto tra grandezze (massa bicchiere e massa pallina), attrito del piano di appoggio (sia esso tavolo o carta).

Esperienza 2

Realizzare un piano inclinato (nel mio caso con un angolo di circa 10 gradi con l’orizzontale) e far cadere una pallina dalla sua altezza (nel mio caso la massa della pallina è 3 grammi, quella del bicchiere 2,5 grammi). Posizionare alla base del piano un foglio A4, far cadere la pallina dalla sommità in modo che entri nel foro (figura 2). Registrare lungo il foglio la massima distanza raggiunta dal sistema bicchiere e pallina. Ripetere la misura 3 volta e man mano aggiungendo sopra il primo bicchiere altri bicchieri.

BICCHIERE3

Le misure ottenute sono riportate nell'allegato excel in fondo alla pagina

Utilizzando il foglio di calcolo excel, possiamo ricavare la curva che meglio interpola i nostri dati con una proporzionalità quasi inversa.

bicchiere5

La stessa cosa vale anche se al posto della carta sostituiamo un comune tavolo da cucina.

Si noti che la proporzionalità non è perfettamente inversa e che la legge è del tipo

 y=Ax^-1,1

Facendo un po’ di calcoli ci accorgiamo che tale potenza dipende da alcuni fattori:

l’attrito

la rotazione del bicchiere durante l’urto

Lascio a voi i calcoli

Punti didattici da affrontare: dipendenza  dell’urto dalla masse, attrito tra superfici a contatto, proporzionalità inversa tra grandezze.

Vi allego il file excel con i dati da me ottenuti.

L’esperienza è stata realizzata in poco meno di 1 ora e può essere fatta semplicemente da casa.

I fenomeni qui affrontati quali urto, attrito, piano inclinato sono facilmente reperibili in qualsiasi testo di Fisica di Scuola Secondaria di secondo grado. Il fenomeno, in via qualitativa può essere anche proposto a studenti di secondaria di I grado e primaria.

Non importa quanto complesso possa essere il fenomeno, non importa neppure quale sia la soluzione , noi docenti non vogliamo dare delle risposte definitive, perché nella scienza quello che conta è aver stimolato la fantasia e indotto  nuove domande!

Per qualsiasi dubbio e suggerimento scrivetemi ad Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

Allegati:
Scarica questo file (bicchieri e biglia.xlsx)bicchieri e biglia.xlsx[ ]