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Principio di conservazione dell'energia meccanica - Fase di problematizzazione, Fase di sperimentazione

Principio di conservazione dell'energia meccanica - Fase di problematizzazione, Fase di sperimentazione


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Principio di
 conservazione
 dell'energia meccanica






















Fase di problematizzazione




Ø     Principio di conservazione dell'energia: principio fondamentale della fisica, secondo il quale l'energia non può essere creata né distrutta, ma può solo trasferirsi da una all'altra delle diverse forme in cui si manifesta. L'energia infatti si presenta sotto molti diversi aspetti: ad esempio, energia meccanica (cinetica e potenziale), calore, energia chimica, energia nucleare, energia luminosa e acustica, che possono venire trasformati uno nell'altro.

I dispositivi che convertono l'energia, come i motori, le lampadine e i generatori elettrici, spesso non risultano totalmente efficienti: ciò significa che non si riesce a convertire tutta l'energia in entrata nella forma finale richiesta, perché parte viene dispersa nel processo di trasformazione. Il motore di un'automobile, ad esempio, è progettato per trasformare l'energia chimica prodotta dal processo di combustione della benzina in energia meccanica della vettura, tuttavia solo il 25% circa dell'energia chimica immagazzinata nel carburante viene effettivamente sfruttato. Il resto dell'energia viene 'perso' per lo scopo a cui sarebbe destinato: ciò non significa che viene distrutto, ma che assume una forma ancora diversa di energia, una delle tante e quella termica che si disperde nel suolo o nell’aria a cui l’automobile viene a contatto.


Ø     Energia potenziale: Energia posseduta da un sistema quando si trova in un campo di forze conservative. Ad esempio, una palla sollevata da terra possiede energia potenziale di tipo gravitazionale perché è sottoposta all'effetto del campo gravitazionale terrestre; il valore dell'energia potenziale dipende in questo caso dall'altezza della palla rispetto al suolo.


Epg: m*g*h


Ø     Energia cinetica: Forma di energia posseduta da un corpo in movimento.


Ec = y*m*v m indica la massa del corpo e v è il quadrato della sua velocità.









Obiettivi

Ø     Realizzare un grafico X Y

Ø     eseguire i calcoli con il numero corretto di cifre significative

Ø     capire che cos’è l’energia cinetica e l’energia potenziale gravitazionale

Ø     montaggio dell’attrezzatura

Ø     saper calcolare l’energia cinetica e potenziale gravitazionale di una pallina di ferro

Fase di sperimentazione


elettromagnete

Materiale occorrente:

Ø     Asta graduata di circa 2 m.

Ø     Elettrocalamita o elettromagnete alimentato

Ø     Batteria da 4.5 v                                                                          h4

Ø     Interfaccia (analogica digitale)     4

Ø     4 fotocellule                                                h3

Ø     computer                                                                        

Ø    

Interfaccia

 
bilancia elettronica                                                                              h2

Ø    sferetta di ferro 

Ø    morsetti h1

Ø    cavi conduttori                                                            

Computer

 
h0


P.T. (piano terra)



Sensibilità strumenti          Peso sferetta di ferro: 54,84gr

Sensibilità cronometro: 0,001s

Sensibilità bilancia: 0,01gr


Tabella

N

h (m)

t1 (s)

t2 (s)

t3 (s)

(s)

v (ms)

Epg (J)

Ec (J)

Et (J)




Procedimento

Per cominciare bisogna dire che le fotocellule sono dei sensori all’interno del quale vi sono degli appositi emanatori di luce che emanano un LED non è altro che un raggio luminoso che colpisce il lato opposto della fotocellula, quando la sferetta di ferro passa per la fotocellula il raggio si interrompe, e manda il segnale all’interfaccia, questa a sua volta lo manderà al computer, che fermerà il cronometro.  

Si inizia montando l’attrezzatura, le 4 fotocellule vengono sistemate nell’asta grazie a morsetti e vengono poste a qualsiasi altezza, dopodiché si continua, collocando anche l’elettromagnete all’estremità dell’asta, infine grazie a un cavo conduttore si collegano le fotocellule e l’elettromagnete all’interfaccia, questo particolare hardware è un convertitore, in pratica trasforma i segnali analogici che gli arrivano dalle fotocellule, in segnali digitali, mandando questi al computer. Dopo aver montato tutta l’attrezzatura, e aver misurato la distanza di ogni fotocellula da terra, si prende la sferetta e si attacca all’elettromagnete posto all’estremità dell’asta. Dal computer poi si da l’input di sganciare la pallina, che arriverà a terra passando per le quattro fotocellule, il computer poi ci darà il tempo che la pallina ha impiegato a ogni passaggio delle fotocellule. Si ripete l’esperimento altre due volte e ad ognuna di essi i valori trovati vengono riportati in tabella.

Infine si ripete l’esperimento cambiando la posizione delle fotocellule intermedie, e si ripete l’esperimento altre tre volte


Formule



Calcoli

54,84gr = 0,05484Kg



v


Epg


Ec


ET


Risultati


v


Epg



Ec


ET


Commenti

Quando noi lasciamo cadere la sferetta, non prendiamo come misura 0 il pavimento ma l’ultima fotocellula, perché è proprio quella che ci da l’ultima misura del tempo.

Un altro accorgimento e che la sferetta non deve essere spinta, perché se fosse così acquisterebbe energia cinetica, ma deve essere lasciata cadere proprio per questo abbiamo utilizzato un elettromagnete.

Se si trascura l’attrito con l’aria l’energia totale meccanica deve rimanere costante, infatti nel nostro esperimento vi è stato un piccolo abbassamento di energia probabilmente dovuto all’aria e a piccoli errori sistematici.

Ancora, abbiamo portato la massa da gr a Kg quando la utilizzavamo per calcolare l’energia cinetica e potenziale gravitazionale, questo perché il sistema internazionale la richiede appunto in Kg.

Infine un ultimo accorgimento è stato quello di prendere le altezze dal baricentro della sfera al centro della fotocellula. 







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