La relazione che vi mostro è stata interamente scritta da un gruppo di miei studenti.

a consegna era a grandi linee questa:

Dividetevi in gruppi da 4 e stabilite i ruoli di
Relatore (fa da regista, dialoga con il docente, fa riunioni con altri relatori, discute la presentazione finale, coordina il gruppo)
Segretario (raccoglie i dati, tiene tutto in ordine)
controllore spazio e tempo (cura i luoghi degli esperimenti, gestisce i tempi di consegna)
Esperto digitale (elabora i dati con foglio calcoli e consegna relazione in formato google doc a pistorechiara@gmail.com)

Durata esperienza 2 ore (1 punto a chi termina nelle due ore in classe)
Durata elaborazione 1 ora (1 punto a chi completa la parte principale di elaborazione dati)
E’ possibile continuare l’esperimento a casa
Consegna relazione mercoledì 22 novembre entro mezzanotte

Misura del coefficiente di attrito statico di almeno 3 materiale
verifica dipendenza forza di attrito da massa e superficie
Accelerazione lungo il piano inclinato

Informazioni utili per la misura dell’accelerazione lungo il piano inclinato: Scaricare physics toolbox suite e attivare accelerometro.
Al variare dell’angolo dell’accelerometro misurare l’accelerazione lungo il piano e perpendicolarmente al piano e verificare se essa è coerente con gsinalfa o gcosalfa. Disegnare diagramma forze
ripetere esperimento per almeno 5 angoli (es 20 gradi 30 gradi etc.)

 

RELAZIONE ESPERIMENTO ATTRITO STATICO ED ANALISI DELL’ACCELERAZIONE SUL PIANO INCLINATO

 

SCOPO:

L’esperimento svolto in classe aveva tre obiettivi: misurare il coefficiente di attrito statico di almeno 3 materiali; verificare la dipendenza della forza di attrito da massa e superficie; infine misurare l’accelerazione di gravità lungo il piano inclinato

 

RICHIAMI TEORICI:

È utile definire il concetto di attrito: la forza d’attrito è una forza di contatto passiva, ovvero generata dal semplice contatto tra due superfici e tale da opporsi al movimento di un corpo. Le forze di attrito principali sono tre:

  • Radente: quando due corpi strisciano l’uno sull’altro.
  • Volvente: quando un corpo rotola sulla superficie di un altro.
  • Viscoso: quando un corpo si muove in un fluido.

Ora prendiamo in considerazione l’attrito statico; che è una forza che impedisce che corpi posti su di una superficie scabra e inizialmente in quiete, inizino a muoversi se la forza agente su di essi, in direzione parallela alla superficie, non supera una certa soglia. Superata questa soglia, l’attrito statico smette di opporsi (cessa del tutto). Bisogna dire che un corpo in quiete non può iniziare a muoversi a meno che non agisca su di esso una forza.                                                          

Il valore di soglia entro il quale agisce la forza d’attrito statico è allora pari a:                                                                                           

 F attrito statico massimo=μs N                                                                                                                

ovvero non c’è moto sino a quando la componente radente delle forze F∥ non supera appunto il valore di soglia: con una disequazione, il corpo non inizia a muoversi sino a che F∥≤μsN.                                                                                                                                                                    

La costante di proporzionalità μs è il coefficiente di attrito statico.

Nell’esperimento è presente anche il concetto di massa; cioè la quantità invariante tipica di ogni corpo, misurata in chilogrammi; diversa da questa è il peso che è la forza gravitazionale esercitata su di esso dalla Terra.

STRUMENTI UTILIZZATI:

Per realizzare l’esperimento ci siamo serviti dei seguenti strumenti:  

  • due smartphone;
  • applicazione physics toolbox sensor suite e goniometro;
  • carta vetrata;
  • panno di lana;
  • carta lucida;
  • palloncino;
  • calcolatrice;
  • banco in funzione di piano inclinato.

 

PROCEDIMENTO:   FASE 1

L’esperimento ha avuto diverse fasi, nella prima abbiamo dovuto misurare il coefficiente di attrito statico di almeno tre materiali (smartphone 1, smartphone 2, diario 1 e diario 2). Nella prima misurazione abbiamo posto nel banco solo uno smartphone, dopo averlo appoggiato abbiamo cominciato a inclinare il banco, tenendo sempre controllato l’angolo con l’applicazione goniometro in un altro smartphone, infine abbiamo registrato l’angolo nel momento in cui lo smartphone ha cominciato a scivolare. Abbiamo ripetuto questo procedimento per altre tre misurazioni: due smartphone; due smartphone+un diario, due smartphone+due diari. Alla fine abbiamo calcolato la migliore stima e l’errore massimo.

 

FASE 2

Nella seconda fase abbiamo verificato la dipendenza della forza di attrito da massa e superficie. L’esecuzione è stata simile a quella precedente; però invece di appoggiare lo smartphone direttamente sul banco, abbiamo inserito tra smartphone e superficie vari materiali. Abbiamo eseguito una misurazione (sempre utilizzando l’app goniometro) per ogni materiale utilizzato: carta vetrata e lucida; panno di lana e palloncino. Alla fine abbiamo verificato i valori con informazioni trovate in internet e sono risultati corretti.                                                                                           Successivamente abbiamo scelto la carta lucida e abbiamo fatto le misurazioni diminuendo sempre di più la superficie d’appoggio (ossia abbiamo piegato il foglio più volte). Alla fine abbiamo calcolato la migliore stima e l’errore massimo.

FASE 3

Nell’ultima fase abbiamo misurato l’accelerazione lungo il piano inclinato per fare questo abbiamo usato l’app physics toolbox sensor suite in funzione accelerometro. Al variare dell’angolo dell’accelerometro abbiamo misurato l’accelerazione lungo il piano e perpendicolarmente al piano e abbiamo verificato se essa è coerente con gsinalfa o gcosalfa. Abbiamo ripetuto la misurazione per 5 volte con diversi angoli. Anche per questo le misurazioni degli angoli le abbiamo eseguite con l’app goniometro.

DATI SPERIMENTALI ED ELABORAZIONE 1

MASSA ANGOLO INCLINAZIONE μs (COEFFICIENTE ATTRITO STATICO)
1 smartphone 23° 0,42
1 smartphone+1 diario 24° 0,45
2 smartphone+1 diario 25° 0,47
2 smartphone+2 diari 24° 0,45
MIGLIORE STIMA= somma valori/numero valori (0,42+0,45+0,47+0,45)/4=1,79/4=0,4475
ERRORE MASSIMO:

Δx=(XmaxXmin)/2

(0,47-0,42)/2=0,05/2=0,025

 

DATI SPERIMENTALI ED ELABORAZIONE 2A

DIMENSIONI SUPERFICIE D’APPOGGIO ANGOLO INCLINAZIONE μs (COEFFICIENTE ATTRITO STATICO)
22×32 cm 28° 0,53
22×16 cm 29° 0,55
11×16 cm 35° 0,70
MIGLIORE STIMA= somma valori/numero valori (0,53+0,55+0,70)/3=1,78/3=0,60
ERRORE MASSIMO:

Δx=(XmaxXmin)/2

(0,70-0,53)/2=0,17/2=0,085

DATI SPERIMENTALI ED ELABORAZIONE 2B

MATERIALE SUPERFICIE D’APPOGGIO ANGOLO INCLINAZIONE μs (COEFFICIENTE ATTRITO STATICO) CONFRONTO CON INFORMAZIONI ONLINE
carta vetrata 50° 1,19 μs carta vetrata: 1,2
carta lucida 28° 0,53 μs carta lucida: 0,55
panno di lana 32° 0,62 μs stoffa: 0,59
palloncino 26° 0,48 μs gomma: 0,5

 

DATI SPERIMENTALI ED ELABORAZIONE 3A

ANGOLO ACCELERAZIONE LUNGO IL PIANO (P॥) CORRISPONDENTE GSINALFA
10° 0,19 0,18
15° 0,26 0,25
25° 0,42 0,42
35° 0,56 0,57
45° 0,71 0,70

 

DATI SPERIMENTALI ED ELABORAZIONE 3B

ANGOLO ACCELERAZIONE PERPENDICOLARE AL PIANO (P⊥) CORRISPONDENTE GCOSALFA
10° 1,00 0,98
15° 0,98 0,96
25° 0,92 0,90
35° 0.82 0,82
45° 0,71 0,7

 

I dati scritti nelle tabelle superiori li abbiamo ricavati alcuni tramite misurazioni (gli angoli grazie all’app goniometro, invece quelli dell’accelerazione grazie a  physics toolbox suite in funzione accelerometro); altri dati li abbiamo ricavati grazie a dei calcoli: il coefficiente di attrito statico lo abbiamo ricavato facendo la tangente dell’angolo corrispondente (tgα).                                                             Per verificare il valore dell’accelerazione lungo il piano abbiamo eseguito gsinalfa (accelerazione di gravità per il seno dell’angolo corrispondente), invece per l’accelerazione perpendicolare al piano abbiamo fatto gcosalfa  (accelerazione di gravità per il coseno dell’angolo corrispondente). Facendo questi semplici calcoli abbiamo ottenuto i valori sopra riportati e abbiamo verificato quelli dell’accelerazione.

Nelle prime due tabelle per calcolare la migliore stima abbiamo usato la formula:MIGLIORE STIMA= somma valori/numero valori, invece per calcolare l’errore massimo abbiamo usato la formula:ERRORE MASSIMO:Δx=(XmaxXmin)/2

CONCLUSIONE

Grazie all’esperimento abbiamo notato che in base alla massa il coefficiente di attrito statico non cambia di valori significativi, infatti osservando la tabella 1 si nota che i valori si modificano di poco. Completamente diversa è la situazione se si prende come riferimento la tabella 2B, in questa si analizzano i dati in relazione al cambiare del materiale d’appoggio; nella tabella i valori sono molto diversi: il valore più alto è quello ottenuto con la carta vetrata, invece quello minore è con quello con il palloncino. Se si considera la tabella 2A, che ha i valori riferiti al cambiare della dimensione della superficie d’appoggio, i valori cambiano (ma non in modo così evidente come per il materiale d’appoggio). Infine nella tabella 3 si analizzano i valori dell’accelerazione, tutti i valori ottenuti con la misurazione sono stati verificati grazie a semplici calcoli e si sono ottenuti numeri uguali o con piccole differenze entro il probabile errore. Questo esperimento è stato particolarmente utile e interessante, anche perché avevamo più nozioni di teoria, inoltre fare un’attività pratica per concludere la spiegazione è sempre molto bello oltre che interessante; come si può vedere da tutte le immagini il lavoro di squadra e la collaborazione all’interno del gruppo è un elemento fondamentale per la riuscita del lavoro.

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