Guidovia a cuscino d'aria

Materie:Altro
Categoria:Fisica

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Testo

Titolo: Rotaia a cuscino d’aria o guidovia.
Obiettivi: Conoscere i moti usando la guidovia.
Materiali: Guidovia a cuscino d’aria.
Strumenti: Cronometro (± 0,001)s , Asta Graduata (1,45 ± 0,001)m
Svolgimento:In questa esperienza è stata utilizzata la guidovia a cuscino d’aria al fine di conoscere alcune caratteristiche dei moti.
La guidovia a cuscino d'aria o rotaia a cuscino d'aria è uno strumento di laboratorio utilizzato per rendere trascurabile l'attrito tra il corpo e il piano, nello studio dei moti rettilineo uniforme o uniformemente accelerato. La rotaia è composta da un lungo tubo di metallo cavo (lungo in totale 1,4 metri) all’interno del quale viene soffiata aria da un turboventilatore elettrico. L’aria soffiata all’interno del tubo esce da dei piccoli fori posti sulla parte superiore dello stesso, ad una pressione tanto elevata quanto la pressione iniziale erogata dal turboventilatore, e ha la funzione di sollevare di pochi millimetri un apposito corpo chiamato carrello posto sopra la guidovia, per farlo presumibilmente viaggiare senza attrito, che comunque è presente in impercettibile valore. L’unico attrito che rimane è quindi quello che il carrello ha con l’aria. Il carrello presenta sulla parte superiore un apposito oggetto ad incastro, il quale, durante il suo percorso sulla guidovia, oscura progressivamente delle fotocellule presenti nelle 4 porte fotoelettriche situate sopra alla guidovia (tramite un’asta graduata), le quali rilevano, con sensibilità al millesimo di secondo, il tempo che tale oggetto impiega per coprire la distanza tra una fotocellula e l’altra e inviano tali dati ad un cronometro. Conoscendo il tempo di percorso del carrello e la distanza tra ogni fotocellula è quindi possibile calcolare la velocità di quest’ultimo in caso di moto rettilineo uniforme e l’accelerazione in caso di moto rettilineo uniformemente accelerato.
In questo caso le porte fotoelettriche sono state posizionate a venti centimetri di distanza l’una dall’altra e sono stati misurati i tempi di oscuramento per dieci centimetri e poi quelli per venti, quaranta e sessanta centimetri.
Successivamente si è fatto tirare il carrello da un pesetto posto in seguito ad una carrucola e sono stati misurati i tempi.
Raccolta dati:
Tempo di oscuramento per 10 cm


20
40
60
80
1°prova
0,241
0,240
0,236
0,239
2°prova
0,243
0,243
0,242
0,247
3°prova
0,247
0,248
0,247
0,252
Valore medio
0,244
0,244
0,242
0,246

Tempo di oscuramento per 20,40 e 60 cm

20
40
60
1°prova
0,742
1,244
1,747
2°prova
0,705
1,195
1,685
3°prova
0,782
1,295
1,803
Valore medio
0,743
1,245
1,745

Tempi ottenuti quando c’è l’intervento di una forza esterna (pesetto con carrucola).

20
40
60
1°prova
0,604
0,889
1,133
2°prova
0,632
0,924
1,172
3°prova
0,629
0,915
1,162
Valore medio
0,622
0,909
1,156

Conclusioni: In teoria il moto nelle prime due misurazioni sarebbe dovuto essere uniforme, mentre nell’ultima sarebbe dovuto essere uniformemente accelerato; ma i risultati non sono stati molto precisi quindi c’è stata una percentuale di errore molto alta. Comunque nella prima misurazione si può notare che la bandierina riesce a mantenere lo stesso tempo ogni 10cm , ciò ci fa presumere che il moto sia di tipo uniforme. I risultati sono comunque sballati e i grafici non mostrano palesemente che tipo di moto si abbia nelle diverse misurazioni misurazioni.
Progetto: Dato che gli errori , sistematici e casuali presenti sono stati molti, si consiglia di ripetere l’esperienza con maggiore attenzione.
Il principio del cuscino d’aria viene utilizzato anche per alcuni tipi di treni come ad esempio l’Aerotrain.Utilizzando il principo del cuscino d'aria questo treno venne sviluppato in Francia dal 1965 al 1977 e il suo progettista principale fu Jean Bertin.L'intento della progettazione era simile a quello del treno a levitazione magnetica: sospendere il treno da terra riducendo l'attrito e facendo sì che la forza da superare per il movimento del veicolo fosse soprattutto la resistenza dell'aria. La previsione era così di poter far viaggiare il convoglio ad altà velocità con un consumo limitato di energia ed un livello ridotto di rumore; tutto ciò senza raggiungere la complessità tecnica e l'esborso monetario della levitazione magnetica.Ne furono costruiti 5 prototipi di cui uno, il I-80, completo e funzionante su un percorso specifico della lunghezza di 18 km. Riuscì, il 5 marzo 1974 a segnare un record di velocità alla media di 417,6 km/h ed una punta superiore ai 430 km/h.Gli studi per la messa definitiva in opera vennero interrotti nel 1977 per una serie di ragioni concomitanti: la morte del suo ideatore, la mancanza di fondi per la ricerca e la decisione del governo francese di optare per il TGV nella scelta del treno ad alta velocità da adottare.

Prototipo dell’Aerotrain basato sul principio del cuscino d’aria.

Titolo: Rotaia a cuscino d’aria o guidovia.
Obiettivi: Conoscere i moti usando la guidovia.
Materiali: Guidovia a cuscino d’aria.
Strumenti: Cronometro (± 0,001)s , Asta Graduata (1,45 ± 0,001)m
Svolgimento:In questa esperienza è stata utilizzata la guidovia a cuscino d’aria al fine di conoscere alcune caratteristiche dei moti.
La guidovia a cuscino d'aria o rotaia a cuscino d'aria è uno strumento di laboratorio utilizzato per rendere trascurabile l'attrito tra il corpo e il piano, nello studio dei moti rettilineo uniforme o uniformemente accelerato. La rotaia è composta da un lungo tubo di metallo cavo (lungo in totale 1,4 metri) all’interno del quale viene soffiata aria da un turboventilatore elettrico. L’aria soffiata all’interno del tubo esce da dei piccoli fori posti sulla parte superiore dello stesso, ad una pressione tanto elevata quanto la pressione iniziale erogata dal turboventilatore, e ha la funzione di sollevare di pochi millimetri un apposito corpo chiamato carrello posto sopra la guidovia, per farlo presumibilmente viaggiare senza attrito, che comunque è presente in impercettibile valore. L’unico attrito che rimane è quindi quello che il carrello ha con l’aria. Il carrello presenta sulla parte superiore un apposito oggetto ad incastro, il quale, durante il suo percorso sulla guidovia, oscura progressivamente delle fotocellule presenti nelle 4 porte fotoelettriche situate sopra alla guidovia (tramite un’asta graduata), le quali rilevano, con sensibilità al millesimo di secondo, il tempo che tale oggetto impiega per coprire la distanza tra una fotocellula e l’altra e inviano tali dati ad un cronometro. Conoscendo il tempo di percorso del carrello e la distanza tra ogni fotocellula è quindi possibile calcolare la velocità di quest’ultimo in caso di moto rettilineo uniforme e l’accelerazione in caso di moto rettilineo uniformemente accelerato.
In questo caso le porte fotoelettriche sono state posizionate a venti centimetri di distanza l’una dall’altra e sono stati misurati i tempi di oscuramento per dieci centimetri e poi quelli per venti, quaranta e sessanta centimetri.
Successivamente si è fatto tirare il carrello da un pesetto posto in seguito ad una carrucola e sono stati misurati i tempi.
Raccolta dati:
Tempo di oscuramento per 10 cm


20
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60
80
1°prova
0,241
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0,236
0,239
2°prova
0,243
0,243
0,242
0,247
3°prova
0,247
0,248
0,247
0,252
Valore medio
0,244
0,244
0,242
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Tempo di oscuramento per 20,40 e 60 cm

20
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1°prova
0,742
1,244
1,747
2°prova
0,705
1,195
1,685
3°prova
0,782
1,295
1,803
Valore medio
0,743
1,245
1,745

Tempi ottenuti quando c’è l’intervento di una forza esterna (pesetto con carrucola).

20
40
60
1°prova
0,604
0,889
1,133
2°prova
0,632
0,924
1,172
3°prova
0,629
0,915
1,162
Valore medio
0,622
0,909
1,156

Conclusioni: In teoria il moto nelle prime due misurazioni sarebbe dovuto essere uniforme, mentre nell’ultima sarebbe dovuto essere uniformemente accelerato; ma i risultati non sono stati molto precisi quindi c’è stata una percentuale di errore molto alta. Comunque nella prima misurazione si può notare che la bandierina riesce a mantenere lo stesso tempo ogni 10cm , ciò ci fa presumere che il moto sia di tipo uniforme. I risultati sono comunque sballati e i grafici non mostrano palesemente che tipo di moto si abbia nelle diverse misurazioni misurazioni.
Progetto: Dato che gli errori , sistematici e casuali presenti sono stati molti, si consiglia di ripetere l’esperienza con maggiore attenzione.
Il principio del cuscino d’aria viene utilizzato anche per alcuni tipi di treni come ad esempio l’Aerotrain.Utilizzando il principo del cuscino d'aria questo treno venne sviluppato in Francia dal 1965 al 1977 e il suo progettista principale fu Jean Bertin.L'intento della progettazione era simile a quello del treno a levitazione magnetica: sospendere il treno da terra riducendo l'attrito e facendo sì che la forza da superare per il movimento del veicolo fosse soprattutto la resistenza dell'aria. La previsione era così di poter far viaggiare il convoglio ad altà velocità con un consumo limitato di energia ed un livello ridotto di rumore; tutto ciò senza raggiungere la complessità tecnica e l'esborso monetario della levitazione magnetica.Ne furono costruiti 5 prototipi di cui uno, il I-80, completo e funzionante su un percorso specifico della lunghezza di 18 km. Riuscì, il 5 marzo 1974 a segnare un record di velocità alla media di 417,6 km/h ed una punta superiore ai 430 km/h.Gli studi per la messa definitiva in opera vennero interrotti nel 1977 per una serie di ragioni concomitanti: la morte del suo ideatore, la mancanza di fondi per la ricerca e la decisione del governo francese di optare per il TGV nella scelta del treno ad alta velocità da adottare.

Prototipo dell’Aerotrain basato sul principio del cuscino d’aria.

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