Moto di una Sferetta in un Fluido

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Moto di una Sferetta in un Fluido

• Liceo Scientifico Belfiore - Mantova
• Classe 3C
• a. s. 1999/2000

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Indice

• Scopo dellEsperimento
• Materiali usati
• Metodo usato
• Risultati e loro analisi
• Conclusioni
• Il gruppo di lavoro

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Scopo dellEsperimento

• Studiare il moto di un corpo sferico che cade in
  un fluido
• Forze agenti
• Spinta di Archimede
• Forza-peso della sferetta
• Forza di attrito viscoso del fluido

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Materiali Usati

• Tubo
• Sferette
• Bilancia elettronica
• Calibro e cilindro graduato in vetro
• Elettromagnete
• Alimentatore
• Telecamera
• Acqua, Alcool, Aria
• Lampada Stroboscopica
• Barre di legno tarate in cm
• Macchina Fotografica
• Supporto con panno nero

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Tubo in Policarbonato

• Costruito apposta per lesperimento
• In policarbonato plastica con grande
  trasparenza, buona resistenza meccanica e non
  ingiallisce nel tempo
• Altezza 1,50 m
• Diametro interno 5 cm

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Sferette

• Di diverse dimensioni
• Di metallo per consentire lo sgancio
  elettromagnetico, di plastica e polistirolo per
  le prove in aria
• Dipinte di bianco per una maggiore visibilità

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Bilancia elettronica

• Professionale
• Tarata al centesimo di grammo
• Utilizzata per misurare le masse delle sferette

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Calibro e Cilindro Graduato

• Calibro
• Sensibilità 10-1mm
• Utilizzato per tutte le misure di diametri
  sferette e cilindro.
• Di materiale metallico
• Per le sferette più piccole è stato usato anche
  un palmer
• Cilindro graduato
• 250 ml
• In vetro

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Elettromagnete

• Nucleo di ferro dolce
• Bobina di filo di rame
• Applicata una corrente elettrica che crea un
  campo magnetico così trattenendo la sferetta

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Alimentatore

• Corrente continua in uscita
• Tensione 3V
• Permette allelettromagnete di funzionare

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Telecamera

• Sony Handycam CCD-TR680E
• Tecnologia Hi-8 con separazione del colore dalla
  luminosità
• Audio Stereo
• Program AE per regolare il periodo dei fotogrammi

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Acqua, Alcool, Aria

• I tre fluidi utilizzati nellesperimento
• Diversi coefficienti di attrito viscoso
• A 20C
• ?acqua0,10010-2 Ns/m²
• ?aria0,02310-2 Ns/m²

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Lampada Stroboscopica

• La lampada stroboscopica è una lampada alogena
  che emette un lampo a intervalli regolari,
  secondo una frequenza impostata
• La gamma di frequenze è 0-200kHz
• La sensibilità è 0,5 Hz

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Barre di Legno

• Sono tarate in cm
• Poste a lato del cilindro, sono state usate nelle
  foto e nei filmati registrati per misurare le
  distanze percorse dalle sferette

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Macchina Fotografica

• Possibilità di mantenere lotturatore aperto a
  piacere
• Utilizzo di rullini di diverse qualità per
  diverse rese
• Uso di un cavalletto

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Metodo Usato

• Filmato e misurazione dati fotogramma per
  fotogramma
• Fotografia con otturatore sempre aperto e
• Stroboscopio
• Lampada stroboscopica

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Fotografia-tipo del Moto
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Risultati e loro analisi

• Tabella dei dati
• Grafico spazio-tempo
• Grafico velocità-tempo
• Analisi teorica del moto

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Tabella dati
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Grafico Spazio-Tempo
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Grafico Velocità-Tempo
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Analisi Teorica del Moto

• Forze agenti forza-peso, spinta di Archimede,
  forza dattrito
• Forza dattrito VISCOSO
• F - ? K v
• Legge di Stokes
• Se le forza risultante diviene nulla,
  laccelerazione è nulla ? velocità di regime

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Fa - ? K v

• ? coefficiente di viscosità del fluido (dipende
  dal fluido e dalla sua temperatura)
• K lunghezza che caratterizza la forma
  delloggetto ? vedi Legge di Stokes per le
  sferette
• V velocità istantanea delloggetto in moto

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Legge di Stokes

• Stokes fisico irlandese (1819-1903)
• Riguarda il moto di una sferetta in un fluido, in
  regime laminare
• La lunghezza caratterizzante la sferetta è
• K 6 ? r

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Conclusioni

• Il moto non è uniforme, né uniformemente
  accelerato, e a ben guardare non del tutto
  rettilineo
• Dopo un certo tempo la sferetta sembra viaggiare
  a velocità costante ipotizziamo che la
  risultante delle forze agenti sia nulla
• Unanalisi più accurata richiederebbe ladozione
  di un regime turbolento, che tuttavia
  complicherebbe notevolmente lanalisi

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Il Gruppo di Lavoro

• La classe 3C del Liceo Scientifico Belfiore di
  Mantova
• Lorenzo Fusari
• Glauco Gerelli
• Giulio Girondi
• Emanuele Goldoni
• Giovanni Inglisa
• Gabriele Leoni
• Chiara Mantovani
• Davide Melfi
• Federico Perini
• Matteo Tencani
• Alessandro Tonelli
• Eleonora Zanasi
• Il prof. Luigi Togliani

La realizzazione del CD e la presentazione
multimediale sono a cura di Federico Perini. Le
riprese con la videocamera sono a cura di
Federico Perini ed Alessandro Tonelli.