Studio sul moto rettilineo uniforme

Materie:	Altro
Categoria:	Fisica
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Data:	25.03.2008
Numero di pagine:	8
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Relazione di fisica:
Obiettivo dell’esperimento: studio di un moto (in condizioni di assenza di attrito)
Descrizione dell’apparecchiatura e disegno:
1) Guidovia a cuscino d’aria: tubo a sezione romboidale con piccoli forellini distanziati equamente gli uni dagli altri per evitare differenze nell’eliminazione della forza di attrito (per creare condizioni ripetibili), dotato anche di un nastro metrico di sensibilità 1 mm.
2) Carrello: corpo preso in esame per l’osservazione del moto; la bandierina posta sopra servirà per azionare le fotocellule ed ottenere quindi le rilevazioni (v. punto 3)
3) Due traguardi ottici con funzione di fornirci delle misure mediante il cronometro ad essi collegato (sensibilità 0,001s); alle estremità dei traguardi sono fissate delle cellule fotoelettriche.
(v. punto 4)
4) Fotocellule composte da sorgente luminosa (a) e sensore (b). nel momento in cui il sensore non rileva la luce (quando si interrompe il fascio luminoso), cioè quando passa il carrello con la bandierina, viene azionato automaticamente il cronometro. Analogamente succede per il secondo traguardo, che invia invece il segnale di interruzione.
5) Compressore regolabile collegato alla guidovia: poiché la guidovia è chiusa all’estremità, l’aria emessa dal ventilatore potrà uscire solo dai forellini. (v. punto 1)
6) Impulsore: mediante una molla fornisce al carrello una spinta sempre uguale previamente tarata (condizioni sempre ripetibili)
7)Asta metrica utilizzata per regolare nella maniera più precisa la posizione dei traguardi (sensibilità 1 mm)
Descrizione dell’esperimento – dati sperimentali ottenuti – elaborazione dei dati sperimentali:
Per prima cosa abbiamo parlato del moto e dato la definizione di traiettoria, di spostamento e di spazio percorso. In seguito abbiamo collegato il compressore alla guidovia e predisposto sopra di essa il carrello. Nella realtà un corpo in movimento tende naturalmente a fermarsi. Ciò è dovuto al fatto che sull’oggetto in moto agisce una forza opposta al movimento che si chiama forza di attrito. Se noi eliminiamo l’attrito, il corpo proseguirà indefinitamente nel suo moto finchè una causa esterna non modificherà tale stato.
Il carrello sulla rotaia è soggetto esclusivamente alla sua forza peso,che viene neutralizzata dalla guidovia. Se ad esso applichiamo un impulso di forza, si metterà in movimento mantenendo la sua velocità.
Posizionato il primo traguardo in corrispondenza dei 0,500 m del nastro metrico della guidovia, punto che abbiamo preso come valore zero di riferimento, è stato posto con l’aiuto dell’asta metrica, il secondo traguardo in modo che rispettasse la seguente sequenza di variazioni di spazio dS:
0.300m 0.850m
0.500m 1.000m
0.650m 1.100m
per mezzo del compressore è stato possibile eliminare l’attrito, per consentire lo studio del moto del corpo in assenza della suddetta forza. Per ogni distanza sono state effettuate tre misurazioni del tempo impiegato dal corpo per percorrere lo spazio stabilito. Questo è servito per poter evitare nel miglior modo possibile gli eventuali errori accidentali e per avere così una maggiore precisione dei risultati. Per ogni misurazione il corpo ha subito una spinta di xN sempre uguale. Tutte le rilevazioni del tempo impiegato dal corpo per percorrere rS sono state effettuate dal cronometro e sono state riportate nella tabella sottostante per l’osservazione ottimale del fenomeno.
eS[m]
t[s]
tm[s]= (tt1+1t2+2t3)/3
0,300
t1=0,374
0,379
t2=0,383
t3=0,380
0,500
t1=0,618
0,623
t2=0,637
t3=0,616
0,650
t1=0,807
0,795
t2=0,800
t3=0,778
0,850
t1=1,068
1,050
t2=1,032
t3=1,052
1,000
t1=1,193
1,197
t2=1,200
t3=1,199
1,100
t1=1,338
1,368
t2=1,345
t3=1,422
In seguito utilizzando un solo traguardo abbiamo rilevato la velocità relativa allo spazio occupato dalla bandierina (0.025m). abbiamo ottenuto i seguenti risultati:
Vi [m/s]
V=VS//t
Vi1 in corrispondenza di 0.650 m
0,025/0,031
0,806
Vi2 in corrispondenza di 0.850 m
0,025/0,031
0,806
Vi3 in corrispondenza di 1.000 m
0,025/0,030
0,833
Conclusioni:
In seguito all’elaborazione dei dati, svolgendo alcuni calcoli abbiamo ottenuto:
IS[m]
t[s]
tm[s]= (tt1+1t2+2t3)/3
V[m/s]= /S//t
0,300
t1=0,374
0,379
0,791
t2=0,383
t3=0,380
0,500
t1=0,618
0,623
0,802
t2=0,637
t3=0,616
0,650
t1=0,807
0,795
0,817
t2=0,800
t3=0,778
0,850
t1=1,068
1,050
0,809
t2=1,032
t3=1,052
1,000
t1=1,193
1,197
0,835
t2=1,200
t3=1,199
1,100
t1=1,338
1,368
0,804
t2=1,345
t3=1,422
- La media delle velocità è
Vm =V1 +V 2+V 3+V 4+V 5+V 6 )/6 =
(0.791+0.802+0.817+0.809+0.835+0.804)/6 = 4.858/6 = 0.809m/s
- L’incertezza è
(Vmax – Vmin) /2 = (0.835-0.791)/2 = 0.044/2 = 0.022
- L’errore relativo percentuale è
Er% = 0.022/0.809 x 100 = 2.7%
L’esperienza si può ritenere valida perché l’errore relativo percentuale è inferiore al 4%.
Inoltre osservando i valori di V, che sono compresi tra 0.835 e 0.791, si può notare che la differenza è minima, quindi siamo arrivati alla conclusione che il corpo compie un moto rettilineo uniforme.
Osservando il grafico e la tabella si è potuto dire che tra spazio percorso e tempo
trascorso c’è una proporzionalità diretta, infatti il rapporto tra queste due grandezze è una costante k = 0.809 + 0.22 m/s.
In questo tipo di moto la velocità è sempre costante e quindi non si può fare una distinzione tra velocità istantanea e media.
Eventuali osservazioni:
Osservando il grafico (come già sottolineato), si può parlare di proporzionalità diretta in quanto l’unione
dei punti costituisce una retta che passa per l’origine degli assi x e y e, la cui pendenza è proprio la velocità. Infatti essa (il coefficiente angolare) è sempre costante e sarà sempre compresa in un valore m0 di 0.809 + 0.22 m/s.
Difficoltà incontrate:
È possibile che durante l’esperienza siano stati commessi errori accidentali. Per cercare di evitare queste difficoltà abbiamo ritenuto opportuno effettuare tre misurazioni per ogni distanza. Inoltre forse è presente un eventuale errore sistematico dovuto al non allineamento della rotaia.
Relazione di fisica:
Obiettivo dell’esperimento: studio di un moto (in condizioni di assenza di attrito)
Descrizione dell’apparecchiatura e disegno:
1) Guidovia a cuscino d’aria: tubo a sezione romboidale con piccoli forellini distanziati equamente gli uni dagli altri per evitare differenze nell’eliminazione della forza di attrito (per creare condizioni ripetibili), dotato anche di un nastro metrico di sensibilità 1 mm.
2) Carrello: corpo preso in esame per l’osservazione del moto; la bandierina posta sopra servirà per azionare le fotocellule ed ottenere quindi le rilevazioni (v. punto 3)
3) Due traguardi ottici con funzione di fornirci delle misure mediante il cronometro ad essi collegato (sensibilità 0,001s); alle estremità dei traguardi sono fissate delle cellule fotoelettriche.
(v. punto 4)
4) Fotocellule composte da sorgente luminosa (a) e sensore (b). nel momento in cui il sensore non rileva la luce (quando si interrompe il fascio luminoso), cioè quando passa il carrello con la bandierina, viene azionato automaticamente il cronometro. Analogamente succede per il secondo traguardo, che invia invece il segnale di interruzione.
5) Compressore regolabile collegato alla guidovia: poiché la guidovia è chiusa all’estremità, l’aria emessa dal ventilatore potrà uscire solo dai forellini. (v. punto 1)
6) Impulsore: mediante una molla fornisce al carrello una spinta sempre uguale previamente tarata (condizioni sempre ripetibili)
7)Asta metrica utilizzata per regolare nella maniera più precisa la posizione dei traguardi (sensibilità 1 mm)
Descrizione dell’esperimento – dati sperimentali ottenuti – elaborazione dei dati sperimentali:
Per prima cosa abbiamo parlato del moto e dato la definizione di traiettoria, di spostamento e di spazio percorso. In seguito abbiamo collegato il compressore alla guidovia e predisposto sopra di essa il carrello. Nella realtà un corpo in movimento tende naturalmente a fermarsi. Ciò è dovuto al fatto che sull’oggetto in moto agisce una forza opposta al movimento che si chiama forza di attrito. Se noi eliminiamo l’attrito, il corpo proseguirà indefinitamente nel suo moto finchè una causa esterna non modificherà tale stato.
Il carrello sulla rotaia è soggetto esclusivamente alla sua forza peso,che viene neutralizzata dalla guidovia. Se ad esso applichiamo un impulso di forza, si metterà in movimento mantenendo la sua velocità.
Posizionato il primo traguardo in corrispondenza dei 0,500 m del nastro metrico della guidovia, punto che abbiamo preso come valore zero di riferimento, è stato posto con l’aiuto dell’asta metrica, il secondo traguardo in modo che rispettasse la seguente sequenza di variazioni di spazio dS:
0.300m 0.850m
0.500m 1.000m
0.650m 1.100m
per mezzo del compressore è stato possibile eliminare l’attrito, per consentire lo studio del moto del corpo in assenza della suddetta forza. Per ogni distanza sono state effettuate tre misurazioni del tempo impiegato dal corpo per percorrere lo spazio stabilito. Questo è servito per poter evitare nel miglior modo possibile gli eventuali errori accidentali e per avere così una maggiore precisione dei risultati. Per ogni misurazione il corpo ha subito una spinta di xN sempre uguale. Tutte le rilevazioni del tempo impiegato dal corpo per percorrere rS sono state effettuate dal cronometro e sono state riportate nella tabella sottostante per l’osservazione ottimale del fenomeno.
eS[m]
t[s]
tm[s]= (tt1+1t2+2t3)/3
0,300
t1=0,374
0,379
t2=0,383
t3=0,380
0,500
t1=0,618
0,623
t2=0,637
t3=0,616
0,650
t1=0,807
0,795
t2=0,800
t3=0,778
0,850
t1=1,068
1,050
t2=1,032
t3=1,052
1,000
t1=1,193
1,197
t2=1,200
t3=1,199
1,100
t1=1,338
1,368
t2=1,345
t3=1,422
In seguito utilizzando un solo traguardo abbiamo rilevato la velocità relativa allo spazio occupato dalla bandierina (0.025m). abbiamo ottenuto i seguenti risultati:
Vi [m/s]
V=VS//t
Vi1 in corrispondenza di 0.650 m
0,025/0,031
0,806
Vi2 in corrispondenza di 0.850 m
0,025/0,031
0,806
Vi3 in corrispondenza di 1.000 m
0,025/0,030
0,833
Conclusioni:
In seguito all’elaborazione dei dati, svolgendo alcuni calcoli abbiamo ottenuto:
IS[m]
t[s]
tm[s]= (tt1+1t2+2t3)/3
V[m/s]= /S//t
0,300
t1=0,374
0,379
0,791
t2=0,383
t3=0,380
0,500
t1=0,618
0,623
0,802
t2=0,637
t3=0,616
0,650
t1=0,807
0,795
0,817
t2=0,800
t3=0,778
0,850
t1=1,068
1,050
0,809
t2=1,032
t3=1,052
1,000
t1=1,193
1,197
0,835
t2=1,200
t3=1,199
1,100
t1=1,338
1,368
0,804
t2=1,345
t3=1,422
- La media delle velocità è
Vm =V1 +V 2+V 3+V 4+V 5+V 6 )/6 =
(0.791+0.802+0.817+0.809+0.835+0.804)/6 = 4.858/6 = 0.809m/s
- L’incertezza è
(Vmax – Vmin) /2 = (0.835-0.791)/2 = 0.044/2 = 0.022
- L’errore relativo percentuale è
Er% = 0.022/0.809 x 100 = 2.7%
L’esperienza si può ritenere valida perché l’errore relativo percentuale è inferiore al 4%.
Inoltre osservando i valori di V, che sono compresi tra 0.835 e 0.791, si può notare che la differenza è minima, quindi siamo arrivati alla conclusione che il corpo compie un moto rettilineo uniforme.
Osservando il grafico e la tabella si è potuto dire che tra spazio percorso e tempo
trascorso c’è una proporzionalità diretta, infatti il rapporto tra queste due grandezze è una costante k = 0.809 + 0.22 m/s.
In questo tipo di moto la velocità è sempre costante e quindi non si può fare una distinzione tra velocità istantanea e media.
Eventuali osservazioni:
Osservando il grafico (come già sottolineato), si può parlare di proporzionalità diretta in quanto l’unione
dei punti costituisce una retta che passa per l’origine degli assi x e y e, la cui pendenza è proprio la velocità. Infatti essa (il coefficiente angolare) è sempre costante e sarà sempre compresa in un valore m0 di 0.809 + 0.22 m/s.
Difficoltà incontrate:
È possibile che durante l’esperienza siano stati commessi errori accidentali. Per cercare di evitare queste difficoltà abbiamo ritenuto opportuno effettuare tre misurazioni per ogni distanza. Inoltre forse è presente un eventuale errore sistematico dovuto al non allineamento della rotaia.