Il laboratorio di fisica all'epoca del covid

Lezione 2 - le misure.

da una rosa possibile di variabili che possono influenzare il periodo di un pendolo si scartano via via attraverso misurre specifiche quelòle ininfluenti, finchè rimane solo ...

nelle pendole c'è il cuore di un pendolo

Rimanevano da studiare tre possibili relazioni:

  • relazione fra periodo e ampiezza dell'oscillazione
  • periodo e lunghezza del filo
  • periodo e peso attaccato al filo

Bisogna procedere alle misure. Tenendo presente che ci saranno degli errori di cui si dovrà tenere conto. Dovete fare attenzione a quello che fate, e segnate sempre da qualche parte come e cosa vete assemblato, non fidatevi della memoria: dopo una serie di modifiche non ricorderete più le prime e magari sarà importante invece ricordarle. Dovreste avere un quadernetto di laboratorio dove annotare tutto ciò che fate compreso le misure e i dati. Fare una relazione, dopo, sarà più semplice. Nei laboratori di ricerca si fa casì. Perché non dovreste fare così anche voi'

Il primo problema è il montaggio del pendolo.

Dovete agganciare il filo del pendolo da qualche parte. Non potete tenerlo in mano. La mano trema, si sposta, segue le oscillazioni anche se in minima parte. La mano introduce errore nella misura dunque. Il punto di fissaggio deve essere un punto fermo, che non si sposta per effetto dello spostamento del pendolo.

Una maniglia di una porta? Un gancio al soffitto (no, non cominciate a mettere tasselli al soffitto, dicendo ai vostri genitori "eh, lo sto facendo per la fisica, eh")? Una sbarra?

Beh, vedete voi. Deve essere un punto che non si muove.

Poi la scelta del pesetto da legare al filo. L'abbiamo già detto: non deve essere esteso, non può essere una matita o una penna, diventerebbe una cosa cche si chiama pomposamente pendolo composto e diventa veramente complicato. Perché complicarsi la vita? Prima si deve partire con qualche cosa di semplice, per capire come girano le cose e come gira la vita. Una volta compreso il fenomeno si potrà complicarlo, modificarne la struttura, vedere cosa succede se metto una penna biro ecc.

Questo è il normale processo nella ricerca scientifica, anche quella più avanzata.

Quello che consigliamo è procurarsi dei dadi di bullone. Hanno un vantaggio che vedrete in seguito: sono tutti uguali tra loro (e si possono pesare in qualche modo, vedremo dopo anche questo). Dovreste avere la possibilità di pesarli, dovreste avere una bilancia, un bilancino o qualche cosa del genere.Se non avete niente del genere in casa NON costruitevi una bilancia. Può essere più complicato di quello che pensate. Se avete trovato dei dadi da bullone (abbastanza grandi), potete pesarne una decina e poi dividere per dieci, se avete a disposizione al bilancia per misurare farine,zucchero, ecc.

Il vantaggio dei dadi da bullone è che possono essere semplicemente legati anche a grappolo.

Ogni oggetto che possa essere facilmente collegato a grappolo va bene. Anche dei rigatoni di pasta potrebbero andare bene (è indifferente se di grano duro o tenero, o di pasta speciale senza glutine...).

Oppure anche gli anelli metallici o di legno o di quello che sono per una tenda (anche qua è fortemente sconsigliato smontare la tenda del salotto con la scusa che state facendo fisica...).

Il temperamatite che magari avete usato inizialmente per osservare il fenomeno NON va bene. Fare un grappolo, in seguito, di temperamatite tutti uguali renderebbe felice un commerciante ma ha un costo elevato.

Insomma potete usare qualunque cosa che vi venga in mente purché sia abbastanza piccolo, di un certo peso, e con cui si possa fare un grappolo di oggetti identici.

Perché questa fissazione sul fare un grappolo di oggetti identici?

Osservate il terzo punto di cui sopra:

  • periodo e peso attaccato al filo

Per verificare questa relazione dovete ovviamente mantenere costante tutto (lunghezza, ampiezza) e variare il peso. Si potrebbero usare oggetti differenti ciascuno con un peso diverso, ma è comodo andarseli a cercare, e poi è più semplice per le misure mettere un peso doppio, triplo, quadruplo ecc. E la regola fondamentale in laboratorio è NON complicarsi la vita, se è possibile, ma cercare di costruire apparati sperimentali e esperimenti il più semplice possibile.

Supponiamo adesso che abbiate il materiale a disposizione e aver montato il pendolo.

Dovete misurare se variando il peso attaccato il periodo varia oppure no, e se varia come varia.

Dovete fissare le altre due variabili, lunghezza e ampiezza.

Per l'ampiezza convine che vi mettiate in condizioni di avere un punto fisso da cui lasciare andare il pendolo, una sorta di traguardo. Non potete fidarvi troppo dei vostri sensi visivi. L'ampiezza deve essere veramente la stessa in ogni misura. Non c'è un modo unico per fare questo. Ingegnatevi.

Per la lunghezza mantenerla costante è decisamente più facile, ma attenzione al nodo di fissaggio, se troppo lasco il filo può scorrere sotto l'oscillazione del peso. Controllate bene. Ma vi possiamo dare un consiglio: scegliete una lunghezza abbastanza ... lunga. Vedrete poi perché. Se la lunghezza è troppo corta ... beh, fate la prova e vedrete quali sarebbero poi le difficoltà nella misura del periodo.

Ripetiamo: segnatevi tutto quello che fate mano a mano, come montate il dispositivo, gli accorgimenti che avete usato, il tipo di peso, il tipo di filo ecc. ecc. Segnatevi anche le osservazioni, le difficoltà incontrate e come le avete superate (o come credete di averle superate). Questo sarà importante metterlo nella relazione (Nella relazione? Sì, dovrete fare una relazione, che pensavate? E la relazione sarà inesorabilmente giudicata).

A questo punto siete pronti: fate oscillare il pendolo e misurate le solite dieci oscillazioni (se ne misurate di più è ancora meglio, è solo una questione di ... tempo). Dieci è peraltro un numero comodo per le divisioni, 100 sarebbe ottimo, ma ci vuole troppo tempo.

1 pesetto di grx --> tempo misurato --> tempo misurato / dieci --> periodo

2 pesetti --> tempo misurato --> tempo misurato / dieci --> periodo

3 pesetti --> tempo misurato --> tempo misurato / dieci --> periodo

4 pesetti --> tempo misurato --> tempo misurato / dieci --> periodo

Fate un grafico mettendo in ascissa il numero di pesetti e in ordinata i periodi misurati.

Cosa ottenete? Mettetelo nella relazione. Il periodo dipende dal peso o no?

A prima vista non dovrebbe dipenderne. Non è forse il pesetto che sta mettendo in moto il pendolo? Dunque variandolo dovrebbe essere abbastanza logico che il periodo cambi.

ATTENZIONE! In fisica quello che contano sono le misure sperimentali, ovvero quello che succede nella realtà, non quello che pensate voi con le vostre ipotesi. Ogni ipotesi (e quella di cui sopra è per il momento un'ipotesi) va SEMPRE verificata. Perchè a volte ci possono essere sorprese. E se ci sono sorprese, se qualche cosa non va come sarebbe dovuto andare secondo voi, dovrete capirne il perché.

Adesso passiamo alla seconda relazione possibile:

  • periodo e lunghezza del filo

Mantenete il peso attaccato al pendolo, mantenete l'ampiezza e variate solo la lunghezza questo dovrebbe essere facile (forse). Quando variate la lunghezza misuratela con un righello, Dal punto di attacco al centro del pesetto attaccato (qualunque esso sia).

E costruitevi una tabella:

l1 --> tempo misurato --> tempo misurato / dieci --> periodo1

l2 --> tempo misurato --> tempo misurato / dieci --> periodo2

l3 --> tempo misurato --> tempo misurato / dieci --> periodo3

l4 --> tempo misurato --> tempo misurato / dieci --> periodo4

.......

Osservate bene i risultati e segnate come al solito le vostre osservazioni..

Ora dovete studiare l'ultima possibile relazione da osservare con le misure:

  • relazione fra periodo e ampiezza dell'oscillazione

Questa è una misura un po' delicata. Come misurare l'ampiezza delle oscillazioni? Ok, si potrebbe fare a vista, ma, al solito, dovremmo invece fare delle misure, tradurre le operazioni di misura in numeri che poi posso maneggiare, confrontare.

Come misurare un'ampiezza? Dovrebbe risultarvi intuitivo (abbastanza). Una buona misura di ampiezza (ma dipende da come la definite) dovrebbe essere la misura dell'angolo formato con la verticalel passante per il punto di appoggio. Perché misurare un angolo e non una lunghezza? Provate a vederne i vantaggi versus gli svantaggi tra angoli e lunghezze. Scrivete le vostre osservazioni nella relazione (obbligatorio!). Poi scegliete la misura dell'ampiezza con un angolo! La misura dell'ampiezza si fa con la misura dell'angolo formato tra la verticale passante dal punto di appoggio e la linea passante dal punto di appoggio e dal pesetto spostato (il filo ovviamente DEVE essere teso., altrimenti che cosa state misurando?).

5° tempo misurato --> tempo misurato / dieci --> periodo1

10° tempo misurato --> tempo misurato / dieci --> periodo2

p>15° tempo misurato --> tempo misurato / dieci --> periodo3

20ç tempo misurato --> tempo misurato / dieci --> periodo4

25° tempo misurato --> tempo misurato / dieci --> periodo5

30° tempo misurato --> tempo misurato / dieci --> periodo6

35° tempo misurato --> tempo misurato / dieci --> periodo7

Già, noi vi abbiamo messo i gradi. Ma con che cosa misurare i gradi? In genere per misurare i gradi dovreste usare un goniometro. Ingenatevi a capire come misurare l'ampiezza di un pendolo con un goniometro (suggerimento: forse dovreste fissarlo, in qualche modo e poi...). Costruitevi l'apparato con il goniometro e scrivete nella relazione come avete fatto.

In genere non vi diciamo come fare esattamente le cose per due buoni motivi: uno puramente didattico, se ve lo inventate voi risulta più gustoso e ve lo ricordate, e l'altro perché NON esiste un solo modo di fare le cose, checché se ne pensi in genere, o come trovate su certi libri. Dipende dal materiale che avete a disposizione, dipende da come pensate di procedere, dipende dalle condizioni particolari in cui vi trovate, dipende dalla precisione della misura che volete ottenere. Insomma datevi da fare e ... scrivetelo nella relazione.

Se siete arrivati n fondo di tutte le misure, scrivete la relazione e consegnatela entro il tempo che vi darà dato. Il formato può essere quello che volete: docx, doc, odt. Non usate il formato pdf perché crea problemi nella correzione.

La lezione successiva, dopo che avrete consegnato le relazioni, e dopo le discussioni online dei problemi incontrati è già nel sito ma ... non è online. A suo tempo.lo sarà.

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