Esperimenti Di Fisica

DIDATTICA ITALIA S.R.L..Via L. Pirandello, 18.20099.Sesto San Giovanni (MI).Tel. 0226264044 . Fax 022409346.e-mail: [email protected] ©by Leybold Didactic GmbH Printed in the Federal Republic of Germany

Diritti riservati

Proprietà comuni dei corpi Volume

Determinazione del volume di un solido regolare Misura delle dimensioni con il calibro

D 1.1.1.1Esperimenti di Fisica

KR

105

Oggetto dell’esperimento 1. Misura delle dimensioni di un parallelepipedo rettangolare e determinazione del suo volume 2. Misura del diametro e dell’altezza di un cilindro e determinazione del suo volume

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento 1. Determinazione del volume di un parallelepipedo rettango-

lare: - Mettere gli studenti in condizioni di utilizzare la formula per

il calcolo del volume di un parallelepipedo rettangolare. - Misurare con il calibro la lunghezza, la larghezza e l’altezza

di un parallelepipedo rettangolare.

2. Determinazione del volume di un cilindro: - Mettere gli studenti in condizioni di utilizzare la formula per

il calcolo del volume di un cilindro. - Misurare con il calibro l’altezza e il diametro del cilindro. - Calcolare il raggio del cilindro conoscendo il diametro.

Esempio di misura 1. Parallelepipedo rettangolare:

Lunghezza l in cm Larghezza b in cm Altezza h in cm

4 2 2

2. Cilindro:

Altezza h in cm Diametro d in cm Raggio r in cm

5.5 4.5 2.25

Valutazione dei risultati 1. Il volume del parallelepipedo rettangolare si calcola con la

formula hblV ⋅⋅= . Nel caso del parallelepipedo rettango-lare si ottiene un volume =V 16 cm³.

2. Il volume del cilindro si calcola con la formula hrV ⋅⋅π= ² . Nel caso del cilindro si ottiene un volume =V 87.4 cm³.

1 serie di 2 blocchi metallici ................................590 33 1 calibro con nonio, plastica ...............................311 52


Diritti riservati


Determinazione del volume dei liquidi Esercizi di lettura su un cilindro graduato


KR

105

Oggetto dell’esperimento 1. Determinazione del volume di un liquido mediante cilindri graduati differenti

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Versare nel becher 1000 ml d’acqua ed aggiungere della

polvere colorata. - Versare nei vari cilindri graduati volumi diversi d’acqua

colorata. - Leggere il volume d’acqua contenuto in ciascun cilindro. - Far notare agli studenti la curvatura della superficie del

liquido in corrispondenza delle pareti; essa dipende dalla forza di adesione superficiale e quindi non si può ignorare se si vuole misurare con precisione il volume del liquido.

Valutazione dei risultati Il volume di un liquido si determina mediante un cilindro gra-duato. A causa della forza di adesione che agisce tra il liquido e le pareti di vetro, la misura del volume del liquido è più precisa se si prende in considerazione il centro della superficie e non i suoi margini. Per questo motivo, conviene fare la lettura guar-dando la scala parallelamente alla superficie del liquido.

1 cilindro graduato, vetro, 100 ml ....................... 665 754 1 cilindro graduato, vetro, 250 ml ....................... 665 755 1 cilindro graduato, vetro, 500 ml ....................... 665 756 1 cilindro graduato, vetro, 1000 ml ..................... 665 757 1 becher graduato, 2000 ml................................ 604 212 1 polvere colorata ............................................... 309 42


Diritti riservati


Determinazione del volume di un liquido Volume di una goccia d’acqua


KR

208

Oggetto dell’esperimento 1. Determinare il volume di una goccia d’acqua

Setup

- Allineare con cura l’imbuto contagocce sopra il cilindro gra-

duato.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Versare nel becher 200 ml d’acqua ed aggiungere della

polvere colorata. - Chiudere il rubinetto dell’imbuto contagocce e versare l’ac-

qua colorata nell’imbuto. - Aprire lentamente il rubinetto. Appena la prima goccia cade

dall’imbuto nel cilindro graduato, iniziare il conteggio.

- Leggere il volume del liquido contenuto nel cilindro gradua-to quando al suo interno è caduto un numero di gocce maggiore o uguale a 10.

Esempio di misura

Numero N di gocce VN in ml *Vgoccia in ml

10 1.2 0.12

20 2.2 0.11

30 3.2 0.11

40 4.5 0.11

50 5.5 0.11

*valori arrotondati

Valutazione dei risultati Il volume di una goccia d’acqua risulta Vgoccia = 0.11 ml. Nota: Il risultato ottenuto in questo esperimento si può considerare attendibile se il rubinetto gocciola regolarmente nell’intervallo di tempo in cui viene eseguita la misura.

1 imbuto contagocce .......................................... 665 073 1 cilindro graduato, vetro, 10 ml ......................... 665 751 1 base di appoggio a V, 20 cm ........................... 300 02 1 asta di sostegno, 750 mm ............................... 300 43 2 morsetti Leybold .............................................. 301 01 2 morsetti universali............................................ 666 555 1 becher graduato, 1000 ml................................ 604 211 1 polvere colorata ............................................... 309 42


Diritti riservati


Determinazione del volume di corpi solidi irregolari Metodo della differenza


KR

105

Oggetto dell’esperimento 1. Determinazione del volume di corpi solidi irregolari con il metodo della differenza

Setup

Montaggio:

- Far scorrere per circa 10 cm il tubo di sostegno lungo 400 mm all’interno dell’altro tubo e bloccarli tra loro con il mor-setto universale.

- Fissare il tubo di sostegno di diametro più piccolo alla base di appoggio.

- Fissare il morsetto con gancio all’altro tubo di sostegno.

Allentando la vite inferiore del morsetto universale, si può regolare con precisione l’altezza del sistema.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Appendere un peso al gancio con il filo di refe lungo circa

20 cm. - Versare nel becher 800 ml d’acqua ed aggiungere della

polvere colorata. - Versare 700 ml d’acqua colorata nel cilindro graduato. - Leggere sul cilindro graduato il volume V1 del liquido. - Allentare la vite inferiore del morsetto universale ed abbas-

sare il peso facendo scorrere i tubi di sostegno uno dentro l’altro in modo tale che il corpo sia immerso completamente nell’acqua.

- Leggere sul cilindro graduato il volume V2. - Calcolare il volume Vcorpo facendo la differenza tra V2 e V1. - Ripetere la misura con gli altri pesi.

Esempio di misura

Corpo V1 in ml V2 in ml V2 − V1 in ml

peso 0.5 kg 700 780 80

peso 0.2 kg 700 730 30

peso 0.1 kg 700 720 20

Valutazione dei risultati Il volume di un corpo solido irregolare si può determinare con un cilindro graduato pieno d’acqua. Per fare questa misura, si versa nel cilindro graduato un vo-lume d’acqua V1. Quindi, s’immerge completamente il corpo nell’acqua ed infine si legge sul cilindro il nuovo volume V2. Il volume del corpo si ottiene facendo la differenza dei due vo-lumi: Vcorpo = V2 − V1. L’aumento di volume del liquido è uguale al volume del corpo immerso completamente nell’acqua.

1 peso, 0.1 kg .....................................................683 10 1 peso, 0.2 kg .....................................................683 11 1 peso, 0.5 kg .....................................................315 38 1 cilindro graduato, 1000 ml................................665 757 1 base di appoggio a V, 20 cm ...........................300 02 1 tubo di sostegno, 450 mm................................666 609 1 tubo di sostegno, 400 mm................................666 607 1 morsetto universale..........................................666 615 1 morsetto con gancio.........................................301 08 1 becher graduato, 1000 ml ................................604 211 1 polvere colorata ...............................................309 42 1 filo di refe .........................................................309 48


Diritti riservati


Determinazione del volume di corpi solidi irregolari Metodo del trabocco


KR

105

Oggetto dell’esperimento 1. Determinazione del volume di corpi solidi irregolari con il recipiente a trabocco

Setup

Montaggio: - Far scorrere per circa 10 cm il tubo di sostegno lungo 400

mm all’interno dell’altro tubo e bloccarli tra loro con il mor-setto universale.

- Fissare il tubo di sostegno di diametro più piccolo alla base di appoggio.

- Fissare il morsetto con gancio all’altro tubo di sostegno.

Allentando la vite inferiore del morsetto universale, si può regolare con precisione l’altezza del sistema.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Appendere un peso al gancio con il filo di refe lungo circa

20 cm. - Versare nel becher 800 ml d’acqua ed aggiungere della

polvere colorata. - Vuotare il cilindro graduato e metterlo sotto il beccuccio

d’uscita del recipiente a trabocco. - Riempire il recipiente a trabocco con acqua colorata fino a

raggiungere il bordo del beccuccio d’uscita. - Allentare la vite inferiore del morsetto universale ed abbas-

sare il peso facendo scorrere i tubi di sostegno uno dentro l’altro in modo tale che il corpo sia immerso completamente nell’acqua.

- Attendere che tutta l’acqua spostata dal peso travasi nel cilindro graduato.

- Leggere il volume d’acqua contenuto nel cilindro graduato. - Questo valore è uguale al volume del corpo. - Ripetere la misura con gli altri pesi.

Esempio di misura Corpo Vacqua in ml Vcorpo in cm³

peso 0.5 kg 78 78

peso 0.2 kg 32 32

peso 0.1 kg 19 19

Valutazione dei risultati Il volume di un corpo solido irregolare si può determinare con il recipiente a trabocco pieno d’acqua e il cilindro graduato. Il volume d’acqua travasata nel cilindro graduato è uguale al volume del corpo immerso completamente nell’acqua.

1 peso, 0.1 kg.......................................................683 10 1 peso, 0.2 kg.......................................................683 11 1 peso, 0.5 kg.......................................................315 38 1 recipiente a trabocco.........................................362 04 1 cilindro graduato, 100 ml ...................................590 08 1 base di appoggio a V, 20 cm.............................300 02 1 tubo di sostegno, 450 mm.................................666 609 1 tubo di sostegno, 400 mm.................................666 607 1 morsetto universale...........................................666 615 1 morsetto con gancio..........................................301 08 1 becher graduato 1000 ml .................................604 211 1 polvere colorata.................................................309 42 1 filo di refe...........................................................309 48


Diritti riservati


Determinazione del volume dell’aria Sfera con due rubinetti


KR

108

Oggetto dell’esperimento 1. Determinare il volume dell’aria riempiendo d’acqua una sfera con il vuoto al suo interno

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Aprire il rubinetto di destra, fare il vuoto nella sfera con la

pompa e chiudere di nuovo il rubinetto. - Mettere la sfera verticalmente sopra il becher graduato

pieno d’acqua distillata tenendo il tubo immerso nell’acqua. - Aprire lentamente il rubinetto inferiore ed osservare

l’afflusso dell’acqua. - Mettere la sfera verticalmente sopra il cilindro graduato ed

aprire anche il rubinetto superiore. - Lasciare defluire tutta l’acqua nel cilindro graduato. - Leggere il volume d’acqua contenuto nel cilindro graduato.

Valutazione dei risultati Il volume dell’aria contenuta in una sfera di vetro si determina facendo il vuoto al suo interno e poi riempiendo d’acqua la sfera. Il volume dell’acqua è uguale al volume dell’aria. Il volume dell’aria contenuta nella sfera di vetro è 1000 ml.

Nota: La sfera va riempita solo con acqua distillata. Eseguito l’esperimento, svitare i rubinetti e lasciare asciugare completamente la sfera.

1 sfera con 2 rubinetti, vetro ................................ 379 07 1 anello di appoggio............................................. 667 072 1 pompa manuale per il vuoto.............................. 375 58 1 becher graduato, 1000 ml ................................. 604 211 1 cilindro graduato, 1000 ml................................. 665 757 1 tubo al silicone, 6mm/2mm, 1m ........................ 604 432 1 acqua distillata 5 l ............................................. 675 3410


Diritti riservati

Proprietà comuni dei corpi Massa

Determinazione della massa di un corpo con la bilancia Bilancia a piatti piani

D 1.1.2.1.aEsperimenti di Fisica

KR

105

Oggetto dell’esperimento 1. Determinazione della massa di un corpo con la bilancia a piatti piani

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Mettere l’oggetto da misurare su un piatto della bilancia. - Mettere i pesi sull’altro piatto fino ad ottenere la condizione

di equilibrio. - Determinare la massa totale dei pesi messi sul piatto della

bilancia.

Esempio di misura

Corpo Massa m in g

cilindro 237

parallelepipedo rettangolare 246

vaso 5

becher di plastica 100

Valutazione dei risultati La massa di un corpo si determina con la bilancia a piatti piani. Per fare questa misura, si appoggia il corpo su un piatto della bilancia ed i pesi sull’altro piatto in modo da ottenere la condi-zione di equilibrio. La massa del corpo è uguale alla massa totale dei pesi utiliz-zati.

1 bilancia di laboratorio.....................................315 22 1 serie di pesi da 1 g a 1000 g..........................315 34 1 becher graduato, 1000 ml ..............................604 211 1 serie di 2 blocchi metallici ..............................590 33 1 vaso ...............................................................200 69 647


Diritti riservati


Determinazione della massa di un corpo con la bilancia Bilancia a due bracci

D 1.1.2.1.bEsperimenti di Fisica

KR

105

Oggetto dell’esperimento 1. Determinazione della massa di un corpo con la bilancia a due bracci

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Equilibrare la bilancia con il cavaliere di taratura. - Mettere l’oggetto da misurare su un piatto della bilancia. - Mettere i pesi sull’altro piatto fino ad ottenere la condizione

di equilibrio. - Determinare la massa totale dei pesi messi sul piatto della

bilancia.

Esempio di misura

Corpo Massa m in g

cilindro 237


vaso 5

cilindro graduato 35

Valutazione dei risultati La massa di un corpo si determina con la bilancia a due brac-ci. Per fare questa misura, si appoggia il corpo su un piatto della bilancia ed i pesi sull’altro piatto in modo da ottenere la condi-zione di equilibrio. La massa del corpo è uguale alla massa totale dei pesi utiliz-zati.

1 leva, 37.5 cm .................................................340 831 2 piatti per bilancia con staffa ...........................342 47 1 perno a spina.................................................340 811 1 serie di pesi da 10 mg a 200 g.......................315 31 1 serie di 2 blocchi metallici ..............................590 33 1 vaso...............................................................200 69 6471 cilindro graduato, 100 ml ...............................590 08 2 piedi di sostegno MF .....................................301 21 2 aste di sostegno, 25 cm.................................301 26 1 blocco a morsetto ..........................................301 25

DIDATTICA ITALIA S.R.L. Via L. Pirandello, 18 20099 Sesto San Giovanni (MI) Tel. 0226264044 Fax 022409346 e-mail: [email protected]

by Leybold Didactic GmbH Printed in the Federal Republic of Germany Diritti riservati


Determinazione della massa di un corpo con la bilancia Bilancia a piatto singolo

D 1.1.2.1.cEsperimenti di Fisica

KR

106

Oggetto dell’esperimento 1. Determinazione della massa di un corpo con la bilancia a piatto singolo

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Verificare se la bilancia è azzerata, in caso contrario, ese-

guire l’azzeramento con la vite che si trova a sinistra sotto il piatto della bilancia.

- Mettere un oggetto sul piatto. - Spostare verso destra il peso scorrevole associato alla

scala con range 500 g fino a quando il braccio comincia ad inclinarsi in direzione opposta.

- Riportare indietro il peso scorrevole di una tacca. - Ripetere il procedimento con il peso scorrevole associato al

range 100 g. - Stabilire l’equilibrio finale della bilancia con il peso scorre-

vole associato al range 10 g. - Leggere la posizione dei tre pesi scorrevoli e determinare

la massa dei vari corpi sommando i valori delle tre letture.

Esempio di misura

Corpo Massa m in g

cilindro 237


vaso 5

Becher di plastica 100

Valutazione dei risultati La massa di un corpo si determina con la bilancia a piatto singolo. Per fare questa misura, si mette il corpo sul piatto della bilan-cia, quindi si spostano i pesi scorrevoli lungo le rispettive scale in modo che la bilancia sia in condizioni di equilibrio. La massa del corpo si ottiene sommando i tre valori indicati dai pesi scorrevoli.

1 bilancia da laboratorio 610 Tara ....................315 23 1 becher graduato, 1000 ml..............................604 211 1 serie di 2 blocchi metallici ..............................590 33 1 vaso...............................................................200 69 647


Diritti riservati

Proprietà comuni dei corpi Densità

Relazione tra la massa e il volume di un corpo Massa uguale, materiale diverso


KR

105

Oggetto dell’esperimento 1. Esaminare il legame tra la massa e il volume dei corpi di uguale massa e materiale diverso

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Misurare il diametro e l’altezza dei corpi e calcolare il loro

volume. - Utilizzare la portata 100 g della bilancia. - Mettere i vari corpi sul piatto della bilancia e leggere i risul-

tati della misura.

Esempio di misura

Corpo Volume V in cm³ Massa m in g

legno 38.0 30

alluminio 11.3 30

acciaio 3.8 30

Valutazione dei risultati Corpi di uguale massa e materiale diverso non hanno lo stes-so volume. A parità di massa del corpo, minore è il suo volume, maggiore è la densità del materiale con cui il corpo è stato realizzato.

1 serie di corpi di massa uguale .......................... 362 28 1 bilancia a piatto singolo .................................... 315 07 1 calibro con nonio............................................... 311 52


Diritti riservati


Determinazione della densità di un corpo solido Serie di 8 cubi


KR

106

Oggetto dell’esperimento 1. Determinazione della densità di cubi diversi conoscendo la loro massa e il loro volume 2. Determinazione del materiale con cui il cubo è stato realizzato

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento 1. Determinazione della densità: - Misurare le dimensione di un cubo con il calibro. - Calcolare il volume del cubo (vedere D 1.1.1.1). - Determinare il volume degli altri cubi confrontando le loro

dimensioni. - Mettere un cubo sul piatto della bilancia. - Equilibrare la bilancia spostando i pesi scorrevoli. - Leggere le posizioni dei pesi scorrevoli e, da esse, deter-

minare la massa del cubo. - Nota la massa e il volume, calcolare la densità del cubo. - Fare la stessa cosa con gli altri cubi.

2. Determinazione del materiale: - Determinare il materiale dei vari cubi confrontando i valori

calcolati con i dati della tabella.

Esempio di misura Volume dei cubi: 1=V cm³

Cubo Massa m in g Densità ρ in g/cm³

Materiale

1 1.2 1.2 gomma dura

2 0.7 0.7 legno

3 2.7 2.7 alluminio

4 7.0 7.0 zinco

5 7.6 7.6 ferro

6 8.5 8.5 ottone

7 8.8 8.8 rame

8 11.2 11.2 piombo

Valutazione dei risultati 1. Per determinare la densità dei corpi solidi, bisogna cono-

scere la loro massa e il loro volume. Noti questi valori, la

densità si calcola con la formula Vm

=ρ .

2. Confrontando i valori della densità ottenuti dal calcolo con i valori riportati in tabella si può risalire al materiale del cor-po.

1 serie di 8 cubi ................................................... 666 100 1 bilancia da laboratorio 610 Tara ....................... 315 23 1 calibro con nonio .............................................. 311 52


Diritti riservati


Determinazione della densità di un corpo solido serie di 2 blocchi metallici


KR

106

Oggetto dell’esperimento 1. Determinazione della densità di corpi solidi differenti 2. Determinazione del materiale del corpo

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento 1. Determinazione della densità: Parallelepipedo rettangolare: - Misurare con il calibro la lunghezza, la larghezza e l’altezza

del parallelepipedo rettangolare. - Calcolare il volume del corpo (vedere D 1.1.1.1). - Mettere il corpo sul piatto della bilancia. - Equilibrare la bilancia spostando i pesi scorrevoli. - Leggere le posizioni dei pesi scorrevoli e, da esse, deter-

minare la massa del corpo. - Nota la massa e il volume, calcolare la densità del corpo.

Cilindro: - Misurare con il calibro l’altezza e il diametro del cilindro. - Noto il diametro, calcolare il raggio del cilindro. - Calcolare il volume del corpo (vedere D 1.1.1.1). - Determinare la massa del cilindro come nel caso del paral-

lelepipedo rettangolare. - Calcolare la densità del corpo.

2. Determinazione del materiale: - Determinare il materiale dei due corpi confrontando i valori

calcolati con i dati della tabella.

Esempio di misura

Corpo Volume V in cm³

Massa m in g

Densità ρin g/cm³

Materiale

Par.rett. 32.0 248 7.75 acciaio

cilindro 87.4 237 2.71 alluminio

Valutazione dei risultati 1. Per determinare la densità dei corpi solidi, bisogna cono-

scere la loro massa e il loro volume. Noti questi valori, la

densità si calcola con la formula Vm

=ρ .

2. Confrontando i valori della densità ottenuti dal calcolo con i valori riportati in tabella si può risalire al materiale del cor-po.

1 serie di 2 blocchi metallici ................................. 590 33 1 bilancia da laboratorio 610 Tara ....................... 315 23 1 calibro con nonio .............................................. 311 52


Diritti riservati


Determinazione della densità di un liquido Determinazione della massa e del volume


KR

106

Oggetto dell’esperimento 1. Determinare la densità di diversi liquidi conoscendo la loro massa e il loro volume

Setup

- Riempire i tre becher, rispettivamente, con 100 ml d’acqua,

acqua salata ed alcool metilico. - Per ottenere l’acqua salata, mescolare 100 ml d’acqua e

circa 40 g di cloruro di sodio.

Nota: L’esperimento si può eseguire con un solo cilindro graduato. Però, questo cilindro va sciacquato e asciugato con cura pri-ma di eseguire un nuovo esperimento.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Mettere sul piatto della bilancia un cilindro vuoto. - Equilibrare la bilancia con il peso di taratura. - Dal primo becher, versare 100 ml d’acqua nel cilindro gra-

duato. - Equilibrare la bilancia spostando i pesi scorrevoli. - Leggere le posizioni dei pesi scorrevoli e, da esse, deter-

minare la massa dell’acqua. - Noti i valori della massa e del volume, calcolare la densità

dell’acqua.

- Fare la stessa cosa con gli altri due liquidi. - Confrontare i valori della densità dell’acqua e dell’alcool

metilico ottenuti dal calcolo con i valori riportati in tabella.

Esempio di misura

Liquido Volume V in cm³

Massa m in g

Densità ρ in g/cm³

acqua 100 98.9 0.99

acqua salata 100 113.1 1.13

alcool metil. 100 82.6 0.83

Valutazione dei risultati Noti i valori della massa e del volume, come nel caso dei corpi solidi, anche la densità di un liquido si calcola con la formula

Vm

=ρ .

Confrontando i valori della densità ottenuti nell’esperimento con i valori riportati in tabella, è possibile identificare un liquido sconosciuto.

Valori della tabella: acqua: 99.0=ρ g/cm³ a 20 °C

alcool metil.: 83.0=ρ g/cm³ a 20 °C

1 cloruro di sodio, 1 kg ........................................ 673 57201 alcool metilico 1 l .............................................. 670 99903 becher, 250 ml.................................................. 664 130 3 cilindri graduati 100 ml...................................... 665 754 1 bilancia da laboratorio 610 Tara ....................... 315 23 1 cucchiaio di plastica, 150 mm........................... 604 570


Diritti riservati


Determinazione della densità di un liquido Misura con l’areometro


KR

208

Oggetto dell’esperimento 1. Misura della densità di un liquido con l’areometro

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento Nota sulla misura della densità con i 3 areometri: Se non si conosce la densità del liquido, bisogna iniziare la misura utilizzando sempre l’areometro con il range di misura più piccolo. Se il liquido in cui è immerso l’areometro non raggiunge la scala, bisogna usare l’areometro con il range di misura suc-cessivo.

- Riempire il cilindro con acqua alla temperatura di circa 20 °C e scegliere l’areometro più idoneo per la misura.

- Leggere il valore della densità sulla scala dell’areometro in corrispondenza del livello raggiunto dall’acqua. Eseguire la lettura guardando la scala parallelamente alla superficie del liquido.

- Ripetere l’esperimento con acqua salata ed alcool metilico. Prima di cambiare liquido, sciacquare accuratamente il ci-lindro con appoggio.

Esempio di misura

Liquido Areometro appropriato Densità ρ in g/cm³

acqua 0.700-1.000 g/cm³ 0.995

acqua salata 1.000-1.500 g/cm³ 1.135

alcool metil. 0.700-1.000 g/cm³ 0.833

Valutazione dei risultati L’areometro è un corpo galleggiante che permette di misurare direttamente la densità di un liquido. In generale, poiché il galleggiamento di un corpo dipende dalla densità del liquido, cambiando liquido cambia anche il livello d’immersione dell’areometro.

1 serie di 3 areometri........................................... 316 46 1 alcool metilico, 1l .............................................. 670 99901 cloruro di sodio, 1 kg ........................................ 673 57201 cilindro con appoggio, 400 ml ........................... 664 215 1 becher graduato, 1000 ml................................. 604 211 1 cucchiaio di plastica, 150 mm........................... 604 570


Diritti riservati


Determinazione della densità dell’aria Sfera con due rubinetti


KR

108

Oggetto dell’esperimento 1. Determinazione della massa e del volume dell’aria 2. Calcolo della densità dell’aria

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Mettere la sfera con l’anello di appoggio sulla bilancia. - Determinare la massa m1 della sfera con l’anello di

appoggio. - Aprire un rubinetto della sfera e collegare ad esso la

pompa per il vuoto. - Chiudere l’altro rubinetto della sfera. - Fare il vuoto nella sfera, chiudere il rubinetto e staccare la

pompa dalla sfera. - Fatto il vuoto, mettere la sfera con l’anello di appoggio sulla

bilancia e determinare la massa m2. - Calcolare la massa dell’aria facendo la differenza fra m1 ed

m2. - Determinare il volume dell’aria come nel caso della scheda

D 1.1.1.6. - Calcolare la densità dell’aria.

Esempio di misura Massa m1 in g 290.3 Massa m2 in g 289.1 Massa mL in g 1.2 Volume VL in cm³ 1000 Densità Lρ in g/cm³ 0.0012

Valutazione dei risultati Noti i valori della massa e del volume, come nel caso dei corpi solidi, anche la densità dell’aria si calcola con la formula:

Vm

=ρ .

Il valore della densità dell’aria ottenuto con i risultati della misura è: 0012.0L =ρ g/cm³.

Il valore nominale è: 00129.0L =ρ g/cm³.

1 sfera con 2 rubinetti, vetro ................................ 379 07 1 anello di appoggio............................................. 667 072 1 pompa manuale per il vuoto.............................. 375 58 1 bilancia da laboratorio 610 Tara ....................... 315 23 1 becher graduato, 1000 ml ................................. 604 211 1 cilindro graduato, vetro, 1000 ml....................... 665 757 1 tubo al silicone, 6 mm/2 mm, 1 m ..................... 604 432 1 acqua distillata 5 l ............................................. 675 3410


Diritti riservati

Forze e lavoro Forze e loro effetti

Legge di Hooke Sistema sperimentale


KR

106

Oggetto dell’esperimento 1. Esaminare la relazione che intercorre tra l’azione di una forza su una molla ad elica e il suo allungamento

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Appendere la molla ad elica al morsetto con gancio. - Assumere come zero l’estremo inferiore della molla ancora

scarica posizionando un indice in corrispondenza di esso. - Applicare alla molla la forza F appendendo i pesi 0.1 kg e

0.2 kg. - Mettere il secondo indice in corrispondenza dell’estremo

inferiore della molla dopo l’allungamento.

- Misurare l’allungamento s della molla compreso tra i due indici.

- Aumentare l’azione della forza F aggiungendo altri pesi e misurare gli allungamenti corrispondenti.

Esempio di misura Massa m in kg *Forza F in N Allungam. molla s

in cm

0 0 0

0.3 3 9

0.5 5 15

0.7 7 21

1.0 10 30

* gmF ⋅= (valori arrotondati)

Valutazione dei risultati

0 10 20 30 s in cm

5

10

F in N

In una molla ad elica, l’allungamento è proporzionale alla forza applicata: .~ sF

Il rapporto tra forza F e allungamento s è costante; tale rap-

porto si chiama costante della molla D: DsF

= .

1 molla ad elica, 10 N .......................................... 352 12 1 peso, 0.1 kg ...................................................... 683 10 1 peso, 0.2 kg ...................................................... 683 11 1 peso, 0.5 kg ...................................................... 315 38 1 peso, 1 kg ......................................................... 315 39 1 riga graduata 1 m.............................................. 311 02 1 coppia di indici .................................................. 301 29 1 base di appoggio a V, 28 cm ............................ 300 01 1 asta di sostegno, 100 cm.................................. 300 44 1 morsetto con gancio ......................................... 301 08


Diritti riservati

Forze e lavoro Forze e loro effetti

Montaggio di un dinamometro Sistema sperimentale


KR

106

Oggetto dell’esperimento 1. Tarare una molla ad elica come dinamometro

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Attaccare una striscia di carta dietro alla riga graduata,

oppure usare come scala la sua superficie metallica. - Con la matita, segnare lo zero della scala all’altezza

dell’estremo inferiore della molla. - Appendere un peso alla molla e segnare con la matita la

posizione dell’estremo inferiore della molla. - Nota la massa del peso attaccato, calcolare la forza appli-

cata alla molla ( gmF ⋅= ). Arrotondare il valore trovato.

- Scrivere questo valore sulla scala accanto al contrassegno. - Appendere uno dopo l’altro i vari pesi e ripetere il procedi-

mento.

Esempio di misura

F in N

0 __________

0.5 _____

1 __________

1.5 _____

2 __________

2.5 _____

3 __________

3.5 _____

4 __________

Valutazione dei risultati L’allungamento di una molla ad elica è proporzionale alla forza applicata.

Se si realizza una scala con indicati gli allungamenti della molla ad elica ed i corrispondenti valori delle forze applicate, si ottiene la taratura della molla che, in questo modo, può essere usata come dinamometro.

Questo dinamometro permette di misurare la forza di gravità di qualsiasi corpo.

1 molla ad elica, 5 N ............................................ 352 07 1 serie di pesi, 50 g ciascuno............................... 342 61 1 riga graduata, 1 m............................................. 311 02 1 base di appoggio a V, 20 cm ............................ 300 02 1 zoccolo ............................................................. 300 11 1 asta di sostegno, 100 cm.................................. 300 44 1 morsetto con gancio ......................................... 301 08 1 matita scrivente universale ............................... 309 45


Diritti riservati

Forze e lavoro Sistema di trasformazione delle forze

Spostamenti delle forze in una carrucola fissa Sistema sperimentale


KR

106

Oggetto dell’esperimento 1. Esaminare il legame che intercorre tra carico e forza 2. Esaminare il legame che intercorre tra lo spostamento del carico e lo spostamento della forza

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento 1. Legame tra il carico e la forza: - Misurare con il dinamometro, la forza di gravità dei tre pesi

ed inserire i loro valori nella tabella come carico F1. - Eseguire il montaggio dell’esperimento come indicato in

figura. - Eseguire l’azzeramento del dinamometro scarico. - Appendere il peso di 0.5 kg. - Leggere sul dinamometro il valore della forza F2. - Appendere uno dopo l’altro gli altri due pesi e leggere i

valori delle forze corrispondenti. 2. Legame tra gli spostamenti del carico e della forza: - Con gli indici dell’asta di sinistra fissare uno spostamento s1

di 10 cm. - Posizionare il carico in modo che il suo estremo inferiore si

trovi allo stesso livello dell’indice più basso. - Mettere l’indice superiore dell’asta centrale nella posizione

in cui si trova il dinamometro. - Allentare la vite del blocco a morsetto ed abbassare il di-

namometro in modo che lo spostamento del carico sia u-guale al valore s1 stabilito precedentemente.

- Stringere la vite del blocco a morsetto. - Mettere l’indice inferiore dell’asta centrale nella nuova posi-

zione del dinamometro. - Misurare la distanza tra l’indice superiore e l’indice inferiore

dell’asta centrale ed inserire questo valore nella tabella come spostamento s2 della forza.

- Ripetere l’esperimento con gli altri spostamenti del carico.

Esempio di misura Corpo *Carico F1 in N *Forza F2 in N

peso 0.5 kg 5 5 peso 0.2 kg 2 2 peso 0.1 kg 1 1

*valori arrotondati

Spostam. del carico s1 in cm Spostam. della forza s2 in cm 10 10 15 15 20 20

Valutazione dei risultati 1. Nella carrucola fissa, il carico e la forza sono uguali:

21 FF = . Cambia solo la direzione della forza. 2. Gli spostamenti del carico e della forza sono uguali: 21 ss = .

Nota:

I risultati della misura servono a calcolare il lavoro meccanico che si compie con la carrucola fissa:

2211 sFsFW ⋅=⋅=

1 carrucola con spina, d = 100 mm ..................... 340 921 1 peso, 0.5 kg ...................................................... 315 38 1 peso, 0.2 kg ...................................................... 683 11 1 peso, 0.1 kg ...................................................... 683 10 1 dinamometro di precisione, 5 N ........................ 314 161 1 guida graduata, lunghezza 0.5 m ..................... 460 97 2 coppie di indici .................................................. 301 29 3 piedi di sostegno MF ........................................ 301 21 1 tubo di sostegno, 100 cm ................................. 608 052 1 tubo di sostegno 75 cm .................................... 608 051 1 tubo di sostegno 45 cm .................................... 666 609 1 asta di sostegno, 25 cm.................................... 301 26 2 blocchi a morsetto ............................................ 301 25 1 supporto a gancio ............................................. 314 04 1 filo per dimostrazioni, 0.9 m.............................. 309 50


Diritti riservati


Spostamenti delle forze in una carrucola mobile Sistema sperimentale


KR

105


Setup

Apparecchiatura



figura. - Eseguire l’azzeramento del dinamometro scarico. - Appendere il peso di 0.5 kg. - Leggere sul dinamometro il valore della forza F2. - Appendere uno dopo l’altro gli altri due pesi e leggere i

valori delle forze corrispondenti. 2. Legame tra gli spostamenti del carico e della forza: - Con gli indici dell’asta di sinistra fissare uno spostamento s1


trovi allo stesso livello dell’indice più basso. - Mettere l’indice inferiore dell’asta di destra nella posizione

in cui si trova il dinamometro. - Allentare la vite del blocco a morsetto e sollevare il dina-

mometro in modo che lo spostamento del carico sia uguale al valore s1 stabilito precedentemente.

- Stringere la vite del blocco a morsetto. - Mettere l’indice superiore dell’asta di destra nella nuova

posizione del dinamometro. - Misurare la distanza tra l’indice superiore e l’indice inferiore

dell’asta di destra ed inserire questo valore nella tabella come spostamento s2 della forza.


Esempio di misura Corpo *Carico F1 in N * Forza F2 in N

peso 0.5 kg 5 2.5 peso 0.2 kg 2 1 peso 0.1 kg 1 0.5

*valori arrotondati

Spostam. del carico s1 in cm Spostam. della forza s2 in cm 15 30 10 20 5 10

Valutazione dei risultati 1. Nella carrucola mobile, il carico si distribuisce in uguale

misura sui due fili. Quindi, la forza necessaria per sollevare

il carico si dimezza: 1221 FF = .

2. Lo spostamento della forza è doppio di quello del cari-co: 12 2ss = .

Nota:

I risultati della misura servono a calcolare il lavoro meccanico che si compie con la carrucola mobile: 2211 sFsFW ⋅=⋅= .

1 carrucola con spina, d = 100 ............................ 340 921 1 gancio per carrucola ......................................... 340 87 1 peso 0.5 kg....................................................... 315 38 1 peso, 0.2 kg ...................................................... 683 11 1 peso, 0.1 kg ...................................................... 683 10 1 dinamometro di precisione 5 N......................... 314 161 1 guida graduata, lunghezza 0.5 m ..................... 460 97 2 coppie di indici .................................................. 301 29 3 piedi di sostegno MF ........................................ 301 21 2 tubi di sostegno, 100 cm................................... 608 052 1 tubo di sostegno, 75 cm ................................... 608 051 1 asta di sostegno, 50 cm.................................... 301 27 2 blocchi a morsetto ............................................ 301 25 2 supporti a gancio .............................................. 314 04 1 filo per dimostrazioni 0.6 m............................... 309 50


Diritti riservati


Spostamenti delle forze nella taglia Sistema sperimentale


KR

105


Setup

Apparecchiatura



figura. - Eseguire l’azzeramento del dinamometro scarico. - Appendere il peso di 1 kg. - Leggere sul dinamometro il valore della forza F2. - Appendere uno dopo l’altro gli altri due pesi e leggere i

valori delle forze F2 corrispondenti. 2. Legame tra gli spostamenti del carico e della forza: - Con gli indici dell’asta di sinistra fissare uno spostamento s1


trovi allo stesso livello dell’indice più basso. - Mettere l’indice superiore dell’asta di destra nella posizione

in cui si trova il dinamometro. - Allentare la vite del blocco a morsetto e abbassare il dina-

mometro in modo che lo spostamento del carico sia uguale al valore s1 stabilito precedentemente.

- Stringere la vite del blocco a morsetto. - Mettere l’indice inferiore dell’asta di destra nella nuova po-

sizione del dinamometro. - Misurare la distanza tra l’indice superiore e l’indice inferiore

dell’asta di destra ed inserire questo valore nella tabella come spostamento s2 della forza.


Esempio di misura Corpo *Carico F1 in N *Forza F2 in N

peso 1 kg 10 2.5 peso 0,5 kg 5 1.25 peso 0,2 kg 2 0.5

* valori arrotondati

Spostam. del carico s1 in cm Spostam. della forza s2 in cm12 48 8 32 4 16

Valutazione dei risultati 1. Nella taglia, il carico si distribuisce in uguale misura su

quattro fili. Quindi, la forza necessaria per sollevare il carico

è quattro volte più piccola: 1241 FF = .

2. Lo spostamento della forza è quattro volte maggiore di quello del carico: 12 4ss = .

Nota: I risultati della misura servono a calcolare il lavoro mec-canico che si compie con la taglia: 2211 sFsFW ⋅=⋅=

2 carrucole con spina, d=100 mm ....................... 340 921 2 carrucole con spina, d=50 mm ......................... 340 911 2 ponti di carrucole .............................................. 340 930 1 gancio per carrucola ......................................... 340 87 2 supporti a gancio .............................................. 314 04 1 asse a spina ..................................................... 340 811 1 peso, 1 kg......................................................... 315 39 1 peso, 0.5 kg ...................................................... 315 38 1 peso, 0.2 kg ...................................................... 683 11 1 dinamometro di precisione 5 N......................... 314 161 1 guida graduata, lunghezza 0.5 m ..................... 460 97 2 coppie di indici .................................................. 301 29 3 piedi di sostegno MF ........................................ 301 21 1 tubo di sostegno 100 cm .................................. 608 052 2 tubi di sostegno 75 cm...................................... 608 051 1 asta di sostegno, 50 cm.................................... 301 27 2 blocchi a morsetto ............................................ 301 25 1 filo per dimostrazioni 1 m.................................. 309 50


Diritti riservati

Forze e lavoro Attrito

Tipi di attrito Attrito statico, radente e volvente


KR

106

Oggetto dell’esperimento 1. Dimostrazione sui diversi tipi di attrito e confronto tra le rispettive forze di attrito

Setup

Figura 1

Figura 2

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento Attrito statico: - Mettere il blocchetto più grande sul tavolo ed attaccare il

dinamometro 1 N. - Applicare una forza al blocchetto tirando il dinamometro

orizzontalmente. - Misurare il valore massimo della forza applicata prima che

il blocchetto cominci a muoversi. Attrito radente: - Ripetere il precedente esperimento. - Misurare la forza necessaria per spostare il corpo di moto

uniforme. Attrito volvente: - Appoggiare il blocchetto più grande sulle aste di sostegno

come indicato in Figura 2. La distanza tra le aste deve es-sere circa 4 cm. Attaccare il dinamometro 0.1 N.

- Misurare la forza necessaria per far rotolare sul tavolo le aste con il blocchetto.

Esempio di misura - La forza di attrito è uguale alla forza applicata al corpo nei

vari casi.

Tipo di attrito Forza di attrito RF in N

Attrito statico 0.7

Attrito radente 0.5

Attrito volvente 0.02

Valutazione dei risultati La forza di attrito statico è il valore massimo della forza appli-cata al corpo prima che cominci a muoversi. Il corpo si sposta quando si supera la forza di attrito statico. La forza di attrito radente si manifesta quando il corpo scivola su una superficie. Per ridurre la forza di attrito radente, bisogna appoggiare il corpo sopra dei rulli o su delle ruote.

1 coppia di blocchetti per esperimenti sull’attrito.. 342 10 1 dinamometro di precisione 1 N ......................... 314 141 1 dinamometro di precisione 0.1 N ...................... 314 111 5 aste di sostegno, 25 cm.................................... 301 26


Diritti riservati

Forze e lavoro Attrito

Forza di attrito radente Dipendenza dalla forza di gravità, dalle caratteristiche e dalle dimensioni della superficie di appoggio


KR

106

Oggetto dell’esperimento 1. Legame tra la forza di attrito radente e la forza di gravità 2. Legame tra la forza di attrito radente e le caratteristiche della superficie di appoggio 3. Legame tra la forza di attrito radente e le dimensioni della superficie di appoggio

Setup

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento 1. Dipendenza dalla forza di gravità:

- Con il dinamometro 2 N, determinare la forza di gravità del blocchetto più piccolo.

- Eseguire l’esperimento come indicato in Figura 1. - Spostare il blocchetto tirando il dinamometro orizzontal-

mente. - Leggere sul dinamometro il valore della forza applicata. - Mettere sul corpo, uno dopo l’altro, i vari pesi addizionali e

leggere di volta in volta il valore della forza applicata. 2. Dipendenza dalla natura della superficie:

- Eseguire l’esperimento come indicato in Figura 2. - Spostare il blocchetto tirando il dinamometro orizzontal-

mente. - Leggere sul dinamometro il valore della forza applicata. - Girare il blocchetto in modo da farlo appoggiare sul tavolo

con la superficie di gomma. - Ripetere l’esperimento.

3. Dipendenza dalle dimensioni della superficie:

- Appoggiare il blocchetto sul tavolo come indicato in Figura 3, cioè tramite la superficie più piccola. Spostare il bloc-chetto tirando il dinamometro.

- Leggere il valore della forza applicata. - Ripetere l’esperimento con la superficie laterale più grande.

Esempio di misura La forza di attrito è uguale al valore della forza che si legge sul dinamometro.

1. Dipendenza dalla forza di gravità:

Forza di gravità G in N

Forza di attrito RF in N G

RF

1.8 0.6 0.33

2.0 0.7 0.35

2.2 0.75 0.34

2. Dipendenza dalle caratteristiche della superficie:

Superficie Forza di attrito RF in N

Legno 0.25

Gomma 0.85

3. Dipendenza dalle dimensioni della superficie:

Area di appoggio Forza di attrito RF in N

Piccola 0.25

Grande 0.25

Valutazione dei risultati 1. La forza di attrito radente dipende dalla forza di gravità del

corpo. Le due forze sono proporzionali fra loro: GF ~R . 2. La forza di attrito radente dipende dalle caratteristiche e

dalle condizioni della superficie del corpo. Se aumenta la rugosità della superficie di appoggio, aumenta anche la for-za di attrito.

3. La forza di attrito radente non dipende dalle dimensioni della superficie di appoggio.

1 coppia di blocchetti per esperimenti sull’attrito.. 342 10 3 pesi, 0.2 kg ....................................................... 683 11 1 dinamometro di precisione, 1N ......................... 314 141 1 dinamometro di precisione, 2N ......................... 314 151


Diritti riservati

Moto rettilineo Moto uniforme

Velocità Carrello con motorino elettrico


KR

108

Oggetto dell’esperimento 1. Misura del tempo t impiegato da un corpo per percorrere un determinato spazio s 2. Determinazione della velocità del corpo

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Posizionare le due aste di riferimento a 2 m di distanza.. - Avviare il carrello a bassa velocità. - Posizionare il carrello a circa 25 cm dalla prima asta di rife-

rimento. - Azionare l’interruttore di avvio del carrello. - Appena il bordo anteriore del carrello raggiunge la prima

asta di riferimento, azionare il tasto verde di avvio del cro-nometro.

- Arrestare il cronometro quando il carrello raggiunge la se-conda asta di riferimento.

- Leggere sul cronometro il tempo impiegato ed inserire que-sto valore nella tabella.

- Ripetere la misura con diverse velocità del carrello.

Esempio di misura Misura Spostamento s in m tempo t in s

1 2 26

2 2 20

3 2 16

Valutazione dei risultati 1. La velocità è una grandezza che dipende dalla rapidità con

la quale avviene lo spostamento di un corpo. 2. Minore è il tempo impiegato da un corpo per coprire un

determinato percorso e maggiore è la sua velocità.

1 carrello con motorino elettrico........................337 07 1 cronometro.....................................................313 05 1 metro a nastro................................................311 77 2 aste di sostegno, 25 cm.................................301 26 2 blocchi a morsetto..........................................301 25 1 coppia di indici ...............................................301 29 2 batterie Mignon 1.5 V (IEC R6)......................200 66 264


Diritti riservati

Moto rettilineo Moto uniforme

Relazione tra spostamento, tempo e velocità Binario e cronometro elettronico

D 1.3.1.3.aEsperimenti di fisica

KR

108

Oggetto dell’esperimento 1. Misura del tempo t impiegato da un corpo per percorrere un determinato spazio s 2. Calcolo della velocità del corpo

Setup

- Allineare la rotaia orizzontalmente. - Scegliere la lunghezza del filo di refe in modo da appendere il

piattello con le masse ad intaglio ad un’altezza di 10 cm da terra. - Affinché il filo di refe non ostacoli il movimento del carrello, mettere

il filo sotto il carrello e fissarlo dietro di esso. - Attaccare un supporto a gancio all’estremo della rotaia e l’altro

supporto al carrello. Fare un cappio con il filo di refe e tenere il car-rello in posizione di partenza agganciando il filo al supporto.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Stabilire il punto di partenza con l’interruttore di segnalazione at-

taccato al carrello. - Posizionare la barriera luminosa 1 a 20cm di distanza dal punto di

partenza del carrello. - Posizionare la barriera luminosa 2 a 20 cm di distanza dalla barrie-

ra luminosa 1. - Far muovere il carrello sganciando il filo dal supporto. - Leggere il tempo impiegato per percorrere lo spazio compreso tra

le due barriere luminose ed inserire questo valore nella tabella. -

- Posizionare la barriera luminosa 2 a 40 cm, 60 cm e 80 cm di di-stanza dalla barriera luminosa 1.

- Ripetere la misura con ciascun valore della distanza. - Noti il tempo e lo spazio, calcolare la velocità del carrello.

Esempio di misura spazio s in cm tempo t in s velocità v in m/s

20 0.56 35.7 40 1.11 36.0 60 1.68 35.7 80 2.26 35.4

Valutazione dei risultati 1. Nel caso di moto uniforme, lo spazio e il tempo sono proporzionali

fra loro: ts ~ .

0 0.5 1 1.5 2 2.5 t in s

20

40

60

80

s in cm

2. La velocità di un corpo che si muove con moto uniforme, si calcola

dividendo lo spazio percorso per il tempo impiegato: tsv = ; in

questo caso, la velocità del corpo è costante.

1 rotaia, 1.5 m ................................................................337 130 1 carrello.........................................................................337 110 1 supporto per ruota a raggi combinata .........................337 463 1 ruota a raggi combinata...............................................337 464 2 barriere luminose combinate .......................................337 462 1 piattello per massa ad intaglio, 10 g............................315 410 2 masse ad intaglio, 10 g ...............................................315 416 2 supporti a gancio .........................................................314 04 1 cronometro elettronico.................................................313 033 2 cavi di collegamento, 6 poli, 1.5 m ..............................501 16 1 filo di refe.....................................................................309 48


Diritti riservati

Legge dei moti Moto uniformemente accelerato

Relazione tra spostamento e tempo Binario e cronometro elettronico


KR

107

Oggetto dell’esperimento 1. Misura del tempo t impiegato da un corpo per percorrere un determinato spazio s 2. Determinazione della relazione tra spazio e tempo mediante il diagramma s-t

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Allineare la rotaia orizzontalmente. - Regolare la tensione del magnete a ritenuta in modo da tenere il

carrello pronto a partire. - Stabilire il punto di partenza con l’interruttore di segnalazione

attaccato al carrello e leggere questo valore sulla scala della rotaia.

- Posizionare la barriera luminosa a 10 cm di distanza dal punto di partenza.

- Dare inizio allo spostamento premendo il tasto START/STOP del cronometro.

- Quando l’interruttore di segnalazione giunge in corrispondenza della barriera luminosa, leggere sul cronometro il tempo impiegato.

- Azzerare il cronometro con il tasto RESET. - Posizionare la barriera luminosa a 22.5 cm, 40 cm, 62.5 cm, 90 cm

dal punto di partenza. - Ripetere la misura con ciascun valore della distanza.

Esempio di misura

Spazio s in cm Spazio s in cm *Tempo t in s Tempo t in s

10 1² ⋅ 10 2.1 1 ⋅ 2.1

22.5 1.5² ⋅ 10 3.2 1.5 ⋅ 2.1

40 2² 10⋅ 4.2 2 ⋅ 2.1

62.5 2.5² 10⋅ 5.2 2.5 ⋅ 2.1

90 3² ⋅ 10 6.2 3 ⋅ 2.1

* Tempo t: valore medio ottenuto da tre misure diverse


0 1 2 3 4 5 6 t in s

102030405060708090

s in cm

Nel moto uniformemente accelerato, lo spazio aumenta proporzionalmente al quadrato del tempo: ²t~s .

Con i risultati della misura, si può calcolare la velocità media v :

tsv = .

1 rotaia, 1.5 m ................................................................337 130 1 carrello.........................................................................337 110 1 coppia di pesi addizionali ............................................337 114 1 magnete a ritenuta ......................................................683 41 1 supporto per ruota a raggi combinata .........................337 463 1 ruota a raggi combinata...............................................337 464 1 barriera luminosa combinata .......................................337 462 1 piattello per massa ad intaglio, 10 g............................315 410 2 masse ad intaglio, 10 g ...............................................315 416 1 cronometro elettronico.................................................313 033 1 coppia di cavi, 50 cm, neri ...........................................501 451 1 cavo di collegamento, 6 poli, 1.5 m .............................501 16 1 filo di refe.....................................................................309 48


Diritti riservati

Legge dei moti Caduta libera

Effetto della resistenza aerodinamica sulla caduta Tubo di Newton

D 1.3.3.1Esperimenti di fisica

KR

108

Oggetto dell’esperimento 1. Analisi della caduta di oggetti diversi nell’aria e nel vuoto

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Tenere il tubo di Newton verticalmente, quindi ruotarlo di

180°. - Osservare la caduta dell’oggetto metallico e della piuma. - Aprire il rubinetto, collegare la pompa e fare il vuoto

all’interno del tubo di Newton a partire da 950 hPa. Infine, chiudere il rubinetto.

- Tenere di nuovo il tubo di Newton verticalmente, quindi ruotarlo di 180°.

- Osservare di nuovo la caduta dell’oggetto metallico e della piuma.

Valutazione dei risultati A causa della resistenza aerodinamica, i corpi leggeri e di grande superficie cadono molto lentamente, mentre i corpi pesanti e di piccola superficie cadono molto velocemente. Nel vuoto, tutti i corpi cadono con la stessa velocità.

1 tubo di Newton.................................................. 379 001 1 pompa a mano per vuoto a pressione .............. 375 58


Diritti riservati


Determinazione dell’accelerazione di gravità Piastra di contatto e cronometro elettronico


KR

108

Oggetto dell’esperimento 1. Misura del tempo di caduta t di un corpo da altezze s diverse 2. Calcolo dell’accelerazione di gravità g

Setup

- Per ridurre la forza magnetica che agisce sulla sfera, attac-

care una striscia di nastro adesivo sulla parte anteriore del magnete.

- Regolare la vite del magnete a ritenuta in modo da ridurre al minimo l’adesione della sfera al magnete.

Controllare con il filo a piombo che il magnete a ritenuta e la piastra di contatto siano allineati verticalmente.

Determinazione dell’altezza di caduta: - Appendere la sfera al magnete a ritenuta. - Spostare la piastra di contatto lungo l’asta di sostegno e

portarla a sfiorare l’estremo inferiore della sfera. - Con la penna, mettere un segno sull’asta di sostegno in

questa posizione che diventa, così, posizione di partenza (lato superiore del morsetto Leybold).

- Partendo dalla posizione iniziale, misurare le distanze 0.2 m, 0.4 m, 0.6 m, 0.8 m, 1.0 m e mettere un segno sull’asta di sostegno anche in queste posizioni.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Posizionare la piastra di contatto a 0.2 m di distanza dal

magnete a ritenuta. - Iniziare lo spostamento della sfera premendo il tasto

START/STOP del cronometro. - Leggere sul cronometro il tempo di caduta. - Azzerare il cronometro premendo il tasto RESET. - Spostare la piastra di contatto a 0.4 m, 0.6 m, 0.8 m, 1 m di

distanza dalla posizione iniziale. Ripetere la misura con ciascun valore della distanza.

- Calcolare l’accelerazione di gravità g mediante il rappor-

to ²

2ts .

Esempio di misura Distanza

s in m *Tempo t in s Accelerazione di gravità

g in m/s² 0.2 0.20 10.00 0.4 0.29 9.52 0.6 0.35 9.83 0.8 0.41 9.52 1.0 0.46 9.43

Valore medio: 9.66

*Tempo t:: valore medio ottenuto da tre misure diverse

Valutazione dei risultati Il valore medio dell’accelerazione di gravità ottenuto dai risul-tati della misura è: m/s²66.9=g .

Il valore nominale è: m/s²81.9=g .

1 magnete a ritenuta ............................................336 21 1 piastra di contatto grande..................................336 23 1 cronometro elettronico ......................................313 033 1 riga graduata, 1 m .............................................311 02 1 base di appoggio a V, 28 cm.............................300 01 1 asta di sostegno, 150 cm ..................................300 46 1 asta di sostegno, 25 cm ....................................300 41 2 morsetti Leybold................................................301 01 2 cavi di collegamento, 200 cm, rossi ..................501 35 2 cavi di collegamento 200 cm, neri .....................501 38 1 penna con contatto a punta...............................667 019


Diritti riservati


Determinazione dell’accelerazione di gravità Barriera luminosa e cronometro elettronico

D 1.3.3.2.bEsperimenti di fisica

KR

108

Oggetto dell’esperimento 1. Misura del tempo di caduta t di un corpo da altezze s diverse 2. Calcolo dell’accelerazione di gravità g

Setup

- Per ridurre la forza magnetica che agisce sulla sfera, attac-

care una striscia di nastro adesivo sulla parte anteriore del magnete.

- Regolare la vite del magnete a ritenuta in modo da ridurre al minimo l’adesione della sfera al magnete.

Controllare con il filo a piombo che il magnete a ritenuta e la piastra di contatto siano allineati verticalmente.

Determinazione dell’altezza di caduta: - Appendere la sfera al magnete a ritenuta. - Spostare la barriera luminosa lungo l’asta di sostegno fino

ad interrompere il raggio con la sfera e ad accendere il LED rosso della barriera luminosa.

- Con la penna, mettere un segno sull’asta di sostegno in questa posizione che diventa, così, posizione di partenza (lato superiore del morsetto Leybold).

- A partire dalla posizione iniziale, misurare le distanze 0.2 m, 0.4 m, 0.6 m, 0.8 m, 1.0 m e mettere un segno sull’asta di sostegno anche in queste posizioni.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Posizionare la barriera luminosa a 0.2 m di distanza dal

magnete a ritenuta. - Iniziare lo spostamento della sfera premendo il tasto

START/STOP del cronometro. - Leggere sul cronometro il tempo di caduta quando la sfera

attraversa la barriera luminosa. - Azzerare il cronometro premendo il tasto RESET. - Spostare la barriera luminosa a 0.4 m, 0.6 m, 0.8 m, 1 m di

distanza dalla posizione iniziale. Ripetere la misura con ciascun valore della distanza.

- Calcolare l’accelerazione di gravità g mediante il rappor-

to ²

2ts .

Esempio di misura Distanza

s in m *Tempo t in s

Accelerazione di gravità g in m/s²

0.2 0.20 10.00 0.4 0.29 9.52 0.6 0.35 9.83 0.8 0.41 9.52 1.0 0.46 9.43

Valore medio: 9.66

* Tempo t:: valore medio ottenuto da tre misure diverse

Valutazione dei risultati Il valore medio dell’accelerazione di gravità ottenuto dai risul-tati della misura è: m/s²66.9=g .

Il valore nominale è: m/s²81.9=g .

1 magnete a ritenuta ......................................... 336 21 1 sfera di acciaio ............................................... 200 67 2881 barriera luminosa a forchetta.......................... 337 46 1 cronometro elettronico ................................... 313 033 1 riga graduata, 1 m .......................................... 311 02 1 base di appoggio a V, 28 cm.......................... 300 01 1 asta di sostegno, 150 cm ............................... 300 46 1 asta di sostegno, 25 cm ................................. 300 41 1 morsetto Leybold............................................ 301 01 2 cavi di collegamento 200 cm, neri .................. 501 38 1 cavo di collegamento, 6-poli, 1.5 m................ 501 16 1 penna con contatto a punta............................ 667 019


Diritti riservati

Legge dei moti Inerzia e legge di Newton

Relazione tra accelerazione, forza e massa Rotaia e cronometro elettronico


KR

107

Oggetto dell’esperimento 1. Misura del tempo t impiegato da un corpo di massa m1 o m2 per percorrere un determinato spazio s al variare della forza F applicata. 2. Calcolo dell’accelerazione a del corpo. 3. Rappresentazione del legame tra accelerazione e forza mediante il diagramma a-F

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Regolare la tensione del magnete a ritenuta in modo da tenere il

carrello con il peso addizionale pronto a partire. - Stabilire il punto di partenza con l’interruttore di segnalazione

attaccato al carrello e leggere questo valore sulla scala della rotaia.

- Posizionare la barriera luminosa a 50 cm di distanza dal punto di partenza.

- Dare inizio allo spostamento premendo il tasto START/STOP del cronometro.

- Quando l’interruttore di segnalazione giunge in corrispondenza della barriera luminosa, leggere sul cronometro il tempo impiegato.

- Azzerare il cronometro con il tasto RESET. - Aumentare passo passo la forza applicata al carrello mettendo una

dopo l’altra sul piattello le masse ad intaglio di 10 g. - Ripetere la misura con ciascuna forza. - Aumentare la massa del carrello mettendo su di esso un altro peso

addizionale.

- Ripetere l’esperimento.

- Calcolare le accelerazioni mediante i rapporti²

2ts .

Esempio di misura *m1 = 1050 g, *m2 = 1550 g

Spazio s in cm 50 50 50 50 *Forza F in N 0.2 0.3 0.4 0.5 Tempo tm1 in s 2.53 2.02 1.72 1.53 Tempo tm2 in s 3.01 2.48 2.10 1.87 Accelerazione am1 in cm/s² 15.6 24.3 34.4 43.5 Accelerazione am2 in cm/s² 11.1 16.1 22.7 28.6

*Forza F: valori arrotondati Valutazione dei risultati

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 F in N

10

20

30

40

50

a in cm/s2

m1m1

m2m2

Nel caso del moto uniformemente accelerato, l’accelerazione varia proporzionalmente alla forza applicata: Fa ~ . A parità di forza applicata, maggiore è la massa del corpo, minore è la sua accelerazione.

1 rotaia, 1.5 m ................................................................337 130 1 carrello ........................................................................337 110 1 coppia di pesi addizionali ............................................337 114 1 magnete a ritenuta ......................................................683 41 1 supporto per ruota a raggi combinata .........................337 463 1 ruota a raggi combinata ..............................................337 464 1 barriera luminosa combinata.......................................337 462 1 piattello per massa ad intaglio, 10 g............................315 410 4 masse ad intaglio, 10 g ...............................................315 416 1 cronometro elettronico ................................................313 033 1 coppia di cavi, 50 cm, neri...........................................501 451 1 cavo di collegamento, 6-poli, 1.5 m.............................501 16 1 filo di refe.....................................................................309 48 1 asse a spina ................................................................340 811


Diritti riservati

Legge dei moti Moto circolare e rotatorio

Relazione tra la forza centrifuga e la massa campione Apparecchio per la forza centrifuga


KR

206

Oggetto dell’esperimento 1. Analizzare la relazione che intercorre tra la forza centrifuga e la massa del corpo ruotante

Setup

Norme di sicurezza riguardanti questo esperimento: - Le viti di bloccaggio e di posizionamento del provino e i pesi di

bilanciamento debbono essere sempre fissati saldamente. - Non mettere le mani nel sistema ruotante.

Preparazione dell’apparecchio per la forza centrifuga: - La prima volta che si usa l’apparecchio e l’adattatore per la forza

centrifuga, è necessario regolare l’azzeramento e il guadagno co-me spiegato nella scheda istruzioni allegata all’adattatore (524 0681).

- Se si usa l’apparecchio per la forza centrifuga S, queste regolazio-ni non sono più necessarie.

Preparazione della misura della forza: - Mettere in funzione CASSY-Display collegato a Sensor-CASSY. - Collegare con Input B l’apparecchio per la forza centrifuga e il

relativo adattatore oppure l’apparecchio per la forza centrifuga S. - Quando l’apparecchio per la forza centrifuga è privo di carico,

premere il tasto OFFSET (CALIBRATION) fino all’accensione del LED rosso.

- Eseguito l’azzeramento, premere di nuovo il tasto OFFSET (CALIBRATION) per conferma.

Preparazione della misura del periodo di rotazione: - Inserire il timer box in Input A e collegare la barriera luminosa. - Collegare gli ingressi E ed F del timer box. - Predisporre i modi di misura EF con il tasto NEXT (QUANTITY).

Regolazione del peso di bilanciamento dell’apparecchio per la forza centrifuga: - Prima di iniziare la misura, bisogna regolare il peso di bilanciamen-

to dell’apparecchio in modo che, in assenza del provino, venga vi-sualizzato un valore di forza centrifuga F = 0.

- Se si misura un’altra forza centrifuga F, bisogna spostare passo passo il peso di bilanciamento a destra o a sinistra lungo il braccio ruotante.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Togliere la vite di bloccaggio e posizionare il provino 1 (m = 0.05

kg) sul braccio ruotante in modo che la vite di posizionamento pos-sa entrare nel foro esterno del braccio (r = 0.25 m).

- Stringere la vite di posizionamento. - Inserire e poi stringere la vite di fissaggio. - Scegliere la tensione di alimentazione in modo da raggiungere un

periodo di rotazione T di circa 0.3 s. - Attendere che il periodo di rotazione sia costante. - Leggere su CASSY-Display il valore della forza centrifuga F e il

periodo di rotazione T. - Ripetere la misura con il provino 2 (m = 0.075 kg) e il provino 3 (m

= 0.100 kg).

Esempio di misura r = 0.25 m, T = 0.33 s

Massa m in kg Forza F in N 0 0

0.050 4.1 0.075 6.1 0.100 8.0


0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 m in kg

1

2

3

4

5

6

7

8

F in N

Se il periodo di rotazione e la distanza del provino dal centro di rota-zione sono costanti, la forza centrifuga che agisce su di esso è pro-porzionale alla massa: F ~ m.

1 apparecchio per la forza centrifuga S......................... 524 068 oppure 1 apparecchio per la forza centrifuga ............................ 347 21 1 adattatore per la forza centrifuga................................ 524 0681

1 barriera luminosa a forchetta ...................................... 337 46 1 timer box ..................................................................... 524 034 1 cavo di collegamento, 6-poli, 1.5 m ............................ 501 16 1 Sensor-CASSY........................................................... 524 010 1 CASSY-Display........................................................... 524 020 1 alimentatore AC/DC, 0-12 V, 115 V............................ 521 49 1 coppia di cavi, 100 cm, rosso/blu ............................... 501 46 1 cavo di collegamento, 25 cm, nero............................. 501 23 1 morsetto da tavolo ...................................................... 301 06 1 base di appoggio a V, 20 cm ...................................... 300 02 1 asta di sostegno, 25 cm.............................................. 300 41


Diritti riservati


Relazione tra la forza centrifuga e la distanza del provino Apparecchio per la forza centrifuga


KR

206

Oggetto dell’esperimento 1. Analizzare la relazione che intercorre tra la forza centrifuga e la distanza del provino dal centro di rotazione

Setup









- Eseguito l’azzeramento, premere di nuovo il tasto OFFSET (CALI-BRATION) per conferma.





Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Togliere la vite di bloccaggio e posizionare il provino 3 (m = 0.1 kg)

sul braccio ruotante in modo che la vite di posizionamento possa entrare nel foro esterno del braccio (r = 0.25 m).



periodo di rotazione T. - Ripetere la misura con distanze r diverse.

Esempio di misura m = 0.1 kg, T = 0.33 s

Distanza r in m Forza F in N 0.25 8.0 0.20 6.8 0.15 5.2 0.10 3.6 0.05 2.0


0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 r in m

1

2

3

4

5

6

7

8

F in N

Se il periodo di rotazione T e la massa m del provino sono costanti, la forza centrifuga che agisce su di esso è proporzionale alla distanza dal centro di rotazione: F ~ r.

1 apparecchio per la forza centrifuga S......................... 524 068 oppure 1 apparecchio per la forza centrifuga ............................ 347 21 1 adattatore per la forza centrifuga................................ 524 0681 1 barriera luminosa a forchetta ...................................... 337 46 1 timer box ..................................................................... 524 034 1 cavo di collegamento, 6-poli, 1.5 m ............................ 501 16 1 Sensor-CASSY........................................................... 524 010 1 CASSY-Display........................................................... 524 020 1 alimentatore AC/DC, 0-12 V, 115 V............................ 521 49 1 coppia di cavi, 100 cm, rosso/blu ............................... 501 46 1 cavo di collegamento, 25 cm, nero............................. 501 23 1 morsetto da tavolo ...................................................... 301 06 1 base di appoggio a V, 20 cm ...................................... 300 02 1 asta di sostegno, 25 cm.............................................. 300 41


Diritti riservati


Relazione tra la forza centrifuga e la velocità angolare Apparecchio per la forza centrifuga


KR

206

Oggetto dell’esperimento 1. I Analizzare la relazione che intercorre tra la forza centrifuga e la velocità angolare del provino

Setup









- Eseguito l’azzeramento, premere di nuovo il tasto OFFSET (CALIBRATION) per conferma.





Apparecchiatura Esecuzione dell’esperimento - Togliere la vite di bloccaggio e posizionare il provino 3 (m = 0.1 kg)

sul braccio ruotante in modo che la vite di posizionamento possa entrare nel foro esterno del braccio (r = 0.25 m).



periodo di rotazione T. - Ripetere la misura con periodi di rotazione diversi.

Esempio di misura m = 0.1 kg, r = 0.25 m

Periodo di rotaz. T in s

*velocità angolare ω in m/s

2ω in m2/s2 Forza F in N

0.73 8.6 73.96 1.9 0.55 11.4 129.96 3.2 0.46 13.6 184.96 4.7 0.33 19.0 361.00 8.6 0.29 21.6 466.56 11.0 0.26 24.1 580.81 14.0

*La velocità angolare si calcola in questo modo: ω = 2π / T Valutazione dei risultati

0 120 240 360 480 600 ω2 in m2/s2

2

4

6

8

10

12

14

F in N

Se la distanza del provino dal centro di rotazione è costante, la forza centrifuga che agisce su di esso è proporzionale al quadrato della velocità angolare: F ~ ω2.

1 apparecchio per la forza centrifuga S......................... 524 068 oppure 1 apparecchio per la forza centrifuga ............................ 347 21 1 adattatore per la forza centrifuga................................ 524 0681 1 barriera luminosa a forchetta ...................................... 337 46 1 timer box ..................................................................... 524 034 1 cavo di collegamento, 6-poli, 1.5 m ............................ 501 16 1 Sensor-CASSY........................................................... 524 010 1 CASSY-Display........................................................... 524 020 1 alimentatore AC/DC, 0-12 V, 115 V............................ 521 49 1 coppia di cavi, 100 cm, rosso/blu ............................... 501 46 1 cavo di collegamento, 25 cm, nero............................. 501 23 1 morsetto da tavolo ...................................................... 301 06 1 base di appoggio a V, 20 cm ...................................... 300 02 1 asta di sostegno, 25 cm.............................................. 300 41


Diritti riservati

Acustica Sorgenti sonore

Tubi aperti e chiusi Flauto di Pan


KR

207

Oggetto dell’esperimento 1. Analizzare la relazione tra le frequenze delle note emesse con tubo aperto e con tubo chiuso

Setup

Settaggi del microfono: Segnale d’uscita: impulsivo Guadagno: massimo Batteria: la carica deve essere massima ( V9≈U )

Preparazione della misura di frequenza: - Mettere in funzione CASSY-Display collegato a Sensor-

CASSY. - Inserire il timer box in Input A. - Collegare il microfono a Input E del timer box e chiudere il

suo interruttore. - Con il tasto NEXT (QUANTITY), predisporre il display di

Input A per la misura di Frequenza (Hz). - Disattivare il display di Input B con il tasto NEXT (CASSY).

Note riguardanti la misura della frequenza: Per ottenere dei buoni risultati dalla misura, bisogna soffiare con cura sui tubi del flauto e tenere le note emesse per diversi secondi.

Prima di iniziare la misura, numerare in ordine crescente i tubi del flauto.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Soffiare sul tubo 1 e tenere la nota per diversi secondi. - Quando la frequenza si è sufficientemente stabilizzata,

leggere il suo valore sul display e prendere nota del risulta-to ottenuto.

- Ripetere il procedimento con i tubi da 2 a 8. - Aprire i tubi togliendo i tappi posti alle loro estremità. - Ripetere la misura di frequenza con i tubi da 1 a 8.

Esempio di misura Tubo Tubo chiuso Tubo aperto

No. Frequenza

1f in Hz Frequenza

2f in Hz 2

1ff

1 525 1060 2.0 2 590 1130 1.9 3 660 1260 1.9 4 700 1330 1.9 5 780 1480 1.9 6 880 1760 2.0 7 980 1880 1.9 8 1058 2100 2.0

Valutazione dei risultati La frequenza della nota emessa da un tubo aperto è il doppio della frequenza della nota emessa da un tubo chiuso di ugua-le lunghezza.

Nota: Le frequenze delle note emesse dai tubi chiusi o aperti si possono calcolare mediante la velocità del suono c (c = 344 m/s) e la lunghezza l della colonna d’aria oscillante:

Tubo chiuso: l⋅

=41cf

Tubo aperto: l⋅

=2cf2

1 microfono universale ...................................... 586 26 1 flauto di Pan.................................................... 414 34 1 timer box......................................................... 524 034 1 Sensor-CASSY............................................... 524 010 1 CASSY-Display .............................................. 524 020 1 zoccolo ........................................................... 300 11


Diritti riservati

Acustica Rivelazione e registrazione del suono

Suono puro, sovrapposizione dei suoni, rumore, impulso sonoro Oscilloscopio


KR

208

Oggetto dell’esperimento 1. Determinare le forme d’onda di un suono puro, della sovrapposizione di più suoni, del rumore e di un impulso sonoro

Setup

Settaggi dell’oscilloscopio: Trigger: AC Guadagno di tensione: 0.2 V/cm Metallofono, armonica a fiato, maracas: Base tempi: 0.2 ms Tamburino: Base tempi: 5 ms Settaggi del microfono: Segnale d’uscita: ~ Guadagno: medio Batteria: la carica deve essere massima ( 9 VU ≈ ).

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento Nota: Il metallofono e l’armonica a fiato generano delle forme d’onda pure di elevata frequenza. La forma d’onda di un impulso sonoro si ottiene toccando la membrana del tamburino mentre viene colpita. In questo mo-do si evita la presenza di altre oscillazioni che potrebbero interferire con l’esperimento.

- In successione, percuotere il metallofono, soffiare sull’armonica, agitare le maracas e percuotere il tamburino.

- Osservare le varie forme d’onda.

Visualizzazione

metallofono armonica a fiato

maracas tamburino

Valutazione dei risultati La forma d’onda del segnale sonoro emesso dal metallofono ha andamento sinusoidale. Sovrapponendo più segnali sonori di tipo sinusoidale, si gene-ra un segnale la cui forma d’onda è periodica, ma non è più sinusoidale. Questo risultato si ottiene con l’armonica a fiato. Il rumore è un segnale non periodico e non sinusoidale. Esso si ottiene agitando le maracas. L’impulso sonoro è un’oscillazione di grande ampiezza e di breve durata. Esso si ottiene percuotendo la membrana del tamburino.

1 microfono universale ......................................... 586 26 1 metallofono........................................................ 414 31 1 armonica a fiato ................................................. 414 35 1 tamburino .......................................................... 414 32 1 coppia di maracas ............................................. 414 33 1 oscilloscopio ...............................................e.g. 575 211 1 adattatore BNC/ 4 mm, 2-poli ............................ 575 35 1 zoccolo .............................................................. 300 11


Diritti riservati

Acustica Rivelazione e registrazione del suono

Suono puro, sovrapposizione dei suoni, rumore, impulso sonoro Sensor-CASSY

D 1.5.2.2.bEsperimenti di fisica

KR

209

Oggetto dell’esperimento

1. Determinare le forme d’onda di un suono puro, della sovrapposizione di più suoni, del rumore e di un impulso sonoro

Setup

Preparazione di Sensor-CASSY: - Collegare Sensor-CASSY alla porta seriale (o USB) del computer,

e collegare il microfono ad A (U) - Avviare il software CASSY-Lab. - Caricare l’esempio “Analisi del suono” ( P 1.7.7.4). - Modificare i parametri di misura in questo modo:

Diapason con cassetta di risonanza, armonica a fiato, maracas: Intervallo: 10 µs Durata della misura: 5 ms Ripetizione della misura disattivata Tamburino: Intervallo: 20 ms Durata della misura: 1 s Trigger: on Tensione di Trigger: 0.1 V, fronte di salita Ripetizione della misura disattivata Settaggi del microfono: Segnale d’uscita: ~ Guadagno: medio Batteria: la carica deve essere massima ( U ≈ 9 V ). Durante la registrazione delle forme d’onda, utilizzare la visualizzazio-ne “Standard”.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento Nota: Il diapason e l’armonica a fiato generano delle forme d’onda pure di elevata frequenza. La forma d’onda di un impulso sonoro si ottiene toccando la membra-na del tamburino mentre viene colpita. In questo modo si evita la presenza di altre oscillazioni che potrebbero interferire con l’esperimento. - Percuotere il diapason ed avviare la misura con Sensor-CASSY. - Osservare ed eventualmente salvare la forma d’onda ottenuta sullo

schermo. - Seguire lo stesso procedimento con l’armonica e le maracas. - Nel caso del tamburino, avviare la misura prima di percuotere la

membrana.

Visualizzazione

diapason armonica a fiato

maracas tamburino

Valutazione dei risultati La forma d’onda del segnale sonoro emesso dal diapason ha anda-mento sinusoidale. Quando si soffia sull’armonica, si ottiene la sovrapposizione di più segnali sonori sinusoidali; in questo caso, si genera un segnale la cui forma d’onda è periodica, ma non è più sinusoidale. Agitando una maracas si genera un rumore. Il rumore è un segnale non periodico e non sinusoidale. Quando si percuote la membrana del tamburino si genera un impulso sonoro. L’impulso sonoro è un’oscillazione di grande ampiezza e di breve durata.

Nota: Selezionando la visualizzazione dello “Spettro di Frequenza”, è possibile confrontare lo spettro del segnale sonoro puro con quello che si ottiene dalla sovrapposizione di più segnali sonori.

1 microfono universale .................................................... 586 26 1 diapason con cassetta di risonanza............................. 414 42 1 armonica a fiato............................................................ 414 35 1 tamburino ..................................................................... 414 32 1 coppia di maracas ........................................................ 414 33 1 Sensor-CASSY ............................................................ 524 010 1 CASSY Lab .................................................................. 524 200 1 zoccolo ......................................................................... 300 11


Diritti riservati

Acustica Propagazione del suono

Propagazione del suono nell’aria e nel vuoto Campanello elettrico


KR

208


1. Esame della propagazione del suono nell’aria e nel vuoto

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Appoggiare il campanello elettrico sopra la spugna e mette-

re il tutto sul piatto per esperimenti. - Collegare il campanello elettrico alle boccole da 4 mm del

piatto per esperimenti nel vuoto. - Collegare l’alimentatore (U = 6 V ~) alle boccole da 4 mm

situate sotto il piatto per esperimenti nel vuoto, verificare se il campanello funziona correttamente e poi togliere l’alimentazione.

- Mettere la campana di vetro sopra il piatto per esperimenti, fare il vuoto al suo interno a partire da circa 1000 hPa e in-fine togliere l’alimentazione alla pompa.

- Alimentare il campanello e provare a sentire il suono. - Aprire lentamente la valvola d’immissione in modo da fare

entrare gradualmente l’aria nella campana e fare attenzio-ne al suono emesso dal campanello.

Osservazione Con il vuoto all’interno della campana, anche se il martelletto del campanello è in funzione, non si sente nessun suono. Facendo entrare gradualmente l’aria nella campana, all’inizio il suono è molto debole e poi aumenta progressivamente.

Valutazione dei risultati Il suono si propaga solo in presenza di un mezzo di conduzio-ne. Le oscillazioni della sorgente sonora (campanello) giungono al ricevitore (orecchio) attraverso il mezzo di propagazione (a-ria). Se in prossimità della sorgente sonora viene a mancare il mezzo di propagazione (il vuoto all’interno della campana), il suono non si può trasferire dalla sorgente sonora al ricevitore.

1 campanello elettrico.......................................... 561 05 1 piatto per esperimenti nel vuoto........................ 378 89 1 campana per la pompa pneumatica.................. 378 561 1 pompa per vuoto a cassetto ruotante S 1.5 ...... 378 73 1 manometro di Bourdon DN 16 KF..................... 378 510 1 valvola di ventilazione con DN 10 KF ............... 378 771 1 elemento a croce DN 16 KF.............................. 378 015 1 flangia piccola DN 16 KF con portagomma....... 378 031 3 anelli di centraggio DN 16 KF ........................... 378 045 1 anello di centraggio (adattatore) DN 10/16 KF.. 378 040 4 anelli di centraggio DN 10/16 KF ...................... 378 050 1 tubo per il vuoto ................................................ 307 68 1 trasformatore 6/12 V, 230 V.............................. 521 210 1 coppia di cavi, 50 cm, rosso/blu........................ 501 45 1 spugna


Diritti riservati

Acustica Propagazione del suono

Velocità del suono nell’aria Misura con Sensor-CASSY e CASSY-Display


KR

107

Oggetto dell’esperimento 1. Determinare il tempo t impiegato da un impulso sonoro per coprire la distanza s 2. Calcolo della velocità del suono v

Setup

Per evitare che il suono si propaghi attraverso il tavolo sul quale si esegue l’esperimento, è indispensabile montare le aste di sostegno e il microfono su due tavoli diversi.

Preparazione della misura del tempo: - Mettere in funzione CASSY-Display con collegato Sensor-CASSY. - Inserire il timer box in Input A. - Disattivare la visualizzazione di Input B mediante il tasto NEXT

(CASSY) del display. - Collegare le aste di sostegno a Input E ed il microfono a Input F

del timer box. - Con il tasto NEXT (QUANTITY), selezionare l’unità di misura del

tempo (ms EF) - Chiudere l’interruttore del microfono e metterlo in funzione con il

segnale impulsivo.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Mettere il microfono ad una distanza di 0.8 m dall’asta di sostegno

fissata all’altro tavolo. - Percuotere l’asta fissa con l’asta libera. - Leggere il tempo su CASSY-Display ed inserire questo valore nella

tabella. - Ripetere più volte la misura con la stessa distanza e calcolare il

valore medio dei tempi ricavati sperimentalmente. - Aumentare la distanza ad 1 m e ad 1.2 m. Come nel caso

precedente, misurare più volte i tempi di propagazione e calcolare il valore medio.

- Calcolare la velocità del suono facendo il rapporto tra s e t.

Esempio di misura

Distanza s in m

*Tempo t in ms

Tempo t in s

Velocità del suono v in m/s

0.8 2.34 0.00234 341.9

1.0 2.92 0.00292 342.4

1.2 3.51 0.00351 341.8

*Tempo t: valore medio

Valutazione dei risultati La velocità del suono si determina misurando il tempo t impiegato da un impulso sonoro per coprire la distanza s. La velocità del suono si

calcola facendo il rapporto tra s e t: tsv = .

Nell’esempio della misura, il valore medio della velocità del suono si aggira attorno a v = 342 m/s (valore medio). Il valore standard a 20°C è v = 344 m/s.

1 microfono universale ...................................................586 26 1 timer box .....................................................................524 034 1 Sensor-CASSY ...........................................................524 010 1 CASSY-Display ...........................................................524 020 1 metro a nastro .............................................................311 77 2 morsetti da tavolo con spina .......................................301 07 2 aste di sostegno 25 cm ...............................................300 41 2 spinotti a molla piccoli .................................................590 02 1 cavo di collegamento 200 cm, rosso...........................501 35 1 cavo di collegamento 200 cm, blu...............................501 36


Diritti riservati

Acustica Tono e intensità del suono

Relazione tra il tono e la frequenza Flauto di Pan


KR

207

Oggetto dell’esperimento 1. Determinazione della relazione tra il tono e la frequenza di un suono soffiando sui vari tubi del flauto di Pan. 2. Determinazione della relazione tra la lunghezza dei tubi del flauto di Pan e la frequenza del suono emesso.

Setup

Settaggi del microfono: Segnale d’uscita: impulsivo Guadagno: massimo Batteria: la carica deve essere massima ( V9≈U )

Preparazione della misura di frequenza: - Mettere in funzione CASSY-Display collegato a Sensor-

CASSY. - Inserire il timer box in Input A. - Collegare il microfono a Input E del timer box e chiudere il

suo interruttore. - Con il tasto NEXT (QUANTITY), predisporre il display di

Input A per la misura di Frequenza (Hz). - Disattivare la visualizzazione di Input B con il tasto NEXT

(CASSY). Note riguardanti la misura della frequenza: Per ottenere dei buoni risultati dalla misura, bisogna soffiare bene sui tubi del flauto e tenere le note emesse per diversi secondi. Prima di iniziare la misura, numerare in ordine crescente i tubi del flauto.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento 1. Relazione tra il tono e la frequenza: - Soffiare sul tubo 1 del flauto di Pan e tenere la nota per

diversi secondi. - Quando la frequenza è sufficientemente stabile, leggere il

suo valore sul display e prendere nota del risultato. - Ripetere il procedimento con i tubi da 2 a 8. - Soffiare ripetutamente sui tubi da 1 ad 8 e confrontare le

varie note sia tra di loro sia con i valori di frequenza ottenuti dalle misure (confronto qualitativo).

- Mediante i valori di frequenza ottenuti dalla misura, determinare i toni della scala maggiore.

2. Relazione tra la lunghezza del tubo e la frequenza: - Misurare le lunghezze l dei tubi con la riga graduata e

prendere nota dei loro valori. - Confrontare le lunghezze dei tubi con i valori di frequenza

misurati nell’esperimento 1.

Esempio di misura

Tubo Frequenza f in Hz Tono Nota Lung. del tubo

l in mm 1 525 c’’ 162 2 590 d’’ 145 3 660 e’’ 129 4 700 f’’ 122 5 780 g’’ 108 6 880 a’’ 96 7 980 h’’ 85 8 1058

grave

acuto c’’’ 81

Valutazione dei risultati Più acuta è la nota emessa dal tubo, maggiore è la sua frequenza. Maggiore è la frequenza di una nota, minore è la lunghezza del tubo.

Osservazione: Le note della scala si possono determinare mediante la seguente tabella:

Frequenza* 264 297 330 352 396 440 495 528

Nota c’ d’ e’ f’ g’ a’ h’ c’’

*internazionale/armonica

La frequenza della nota emessa da un tubo chiuso si può calcolare mediante la velocità del suono c (c = 344 m/s) e la lunghezza l della colonna d’aria oscillante (essa risulta inversamente proporzionale alla lunghezza del tubo):

l⋅=

4cf .

1 microfono........................................................ 586 26 1 flauto di Pan.................................................... 414 34 1 timer box......................................................... 524 034 1 Sensor-CASSY............................................... 524 010 1 CASSY-Display .............................................. 524 020 1 riga graduata, lunghezza 0.5 m ...................... 460 97 1 zoccolo ........................................................... 300 11


Diritti riservati

Sostanze composte di particelle Struttura delle sostanze e moto delle particelle

Diffusione dei liquidi Soluzione di solfato di rame ed acqua


KR

108


1. Verifica della diffusione con solfato di rame ed acqua

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Versare 100 ml d’acqua nel becher graduato ed aggiungere

solfato di rame(II) pentaidrato fino ad ottenere una soluzione concentrata.

- Versare la soluzione di solfato di rame nel cilindro autoportante.

- Sciacquare il cilindro graduato e riempirlo con 100 ml di acqua distillata.

- Usando la siringa, coprire con cura la soluzione di solfato di rame con uno strato d’acqua distillata.

- Questo si ottiene iniettando l’acqua con la siringa in modo da farla scorrere lentamente lungo la parete interna del cilindro.

- Quando lo strato d’acqua ha raggiunto uno spessore di circa 5 cm, procedendo con cura, l’acqua residua si può versare direttamente nel cilindro autoportante.

- Chiudere il cilindro con il coperchio.

Osservazione Dopo una settimana, lo strato di separazione tra la soluzione di solfato di rame e l’acqua si è praticamente dissolto. È possibile osservare questo processo fino a quando i due liquidi non si sono completamente mescolati.

Valutazione dei risultati A causa dell’agitazione termica, liquidi diversi si mescolano spontaneamente. Questo processo si chiama diffusione. La diffusione dipende dalla temperatura dei liquidi.

1 cilindro autoportante, 200 ml............................. 664 214 1 coperchio per cilindro autoportante................... 664 218 1 solfato di rame(II) pentaidrato, 250 g ................ 672 96101 cilindro graduato, 100 ml................................... 590 08 1 becher graduato, 1000 ml ................................. 604 211 1 siringa 20 ml ..................................................... 375 21 1 agitatore in vetro ............................................... 665 213 1 acqua distillata 5 l ............................................. 675 3410


Diritti riservati

Sostanze composte di particelle Struttura delle sostanze e moto delle particelle

Moto Browniano nei gas Camera a fumo


KR

108


1. Dimostrazione del moto Browniano con la camera a fumo

Setup

- Utilizzare l’ingrandimento 100x. - Posizionare il fuoco della lampada ottica al centro della

camera a fumo.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento

Con il cono d’incenso: - Accendere il cono d’incenso e metterlo nel piatto di Petri. - Mettere l’imbuto sopra il cono per poco tempo e prelevare

il fumo dall’apertura dell’imbuto con la siringa. - Soffiare nella camera il fumo contenuto nella siringa.

Con la sigaretta:

- Soffiare il fumo della sigaretta dentro la camera.

- Per ridurre la convezione chiudere gli estremi del tubo con i tappi.

- Mettere a fuoco il microscopio e osservare sullo schermo il movimento delle particelle.

Valutazione dei risultati Le particelle di fumo che appaiono sullo schermo si spostano a zigzag in modo irregolare. Questo movimento a zigzag è dovuto alle collisioni delle particelle di fumo con le molecole d’aria che si muovono per agitazione termica. Gli spostamenti delle particelle di fumo osservati in questo esperimento si chiamano moti Browniani.

1 camera a fumo................................................372 51 1 microscopio didattico monoculare M805.........662 078 1 Video–Flex......................................................662 1541 2 tappi ................................................................309 00 1431 coprilampada ..................................................450 60 1 lampada a incandescenza, 12 V/30 W, E14 ...450 52 1 condensatore con portadiaframmi ..................460 20 1 trasformatore, 6/12 V, 230 V...........................521 210 1 zoccolo ...........................................................300 11 Se si esegue l’esperimento con il fumo di un cono d’incenso: 1 piatto di Petri...................................................664 181 1 imbuto.............................................................665 004 1 siringa .............................................................665 957 1 candela aromatica Se si esegue l’esperimento con il fumo di una sigaretta: 1 sigaretta Si richiede anche: 1 scatola di fiammiferi 1 set TV


Diritti riservati

Sostanze composte di particelle Forze tra le particelle

Coesione e adesione Micrometro di precisione


KR

208

Oggetto dell’esperimento 1. Dimostrare l’azione delle forze di coesione e di adesione su una goccia d’acqua

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Distanziare i morsetti del micrometro di 1 mm. - Con il contagocce, mettere una goccia d’acqua di rubinetto

tra i morsetti del micrometro. - Ruotare la vite di regolazione della distanza dei morsetti in

modo da allungare leggermente la goccia d’acqua. - Osservare la proiezione dell’immagine della goccia. - Leggere la distanza tra i morsetti del micrometro dopo che

la goccia d’acqua si è spezzata. - Ripetere l’esperimento con acqua aggiunta al detersivo.

Osservazione ed esempio di misura La goccia d’acqua aderisce ai due morsetti del micrometro. Nell’esempio di questo esperimento è possibile allungare la goccia fino a 4 mm. Superata questa distanza, la goccia si rompe. Se all’acqua si aggiunge del detersivo, la goccia si rompe appena comincia ad aumentare la distanza tra i morsetti del micrometro.

Valutazione dei risultati Tra le molecole di una singola sostanza agiscono delle forze attrattive chiamate forze di coesione. Anche tra le molecole di sostanze diverse agiscono delle forze attrattive; in questo caso, esse si chiamano forze di adesione. L’azione di queste due forze si può osservare mettendo una goccia d’acqua tra i morsetti di un micrometro a vite. Per effetto delle forze di adesione, la goccia d’acqua tende a restare in contatto con i due morsetti del micrometro. Le forze di coesione, invece, tendono a tenere unita la goccia quando questa viene sottoposta ad allungamento. Se la somma delle forze esterne che agiscono sulla goccia d’acqua (forze dovute sia all’aumento della distanza tra i morsetti del micrometro sia alle forze di adesione) supera le forze di coesione, la goccia si rompe. Aggiungendo un detersivo, le forze di coesione tra le molecole d’acqua si riducono in modo significativo.

1 micrometro di precisione ................................ 311 83 1 Video-Flex ...................................................... 662 1541 1 becher, basso, 25 ml ...................................... 602 020 1 contagocce ............................................. da 665 953 1 bulbo di gomma...................................... da 665 954 1 asta di sostegno, 25 cm.................................. 300 41 1 morsetto Leybold ............................................ 301 01 1 zoccolo ........................................................... 300 11 2 lamine a pressione ......................................... 200 65 559Si richiede anche: detersivo set TV o videoproiettore


Diritti riservati

Meccanica dei liquidi e dei gas Pressione nei liquidi

Propagazione della pressione Apparecchio per la trasmissione della pressione nei liquidi


KR

108


1. Dimostrare che nei liquidi la pressione si trasmette uniformemente in tutte le direzioni

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Estrarre completamente il pistone e bagnare d’acqua la

guarnizione di gomma. - Immergere la sfera nel becher graduato e fare entrare

acqua attraverso i fori. - Spingere con cura il pistone nel cilindro per circa 1 cm. - Tenere l’apparecchio per la trasmissione della pressione in

posizione orizzontale e spingere il pistone rapidamente. - Osservare l’uscita degli zampilli d’acqua dai fori. - Se necessario, ripetere l’esperimento.

Valutazione dei risultati L’acqua esce in modo uniforme da tutti i fori. Nei liquidi, la pressione si trasmette uniformemente in tutte le direzioni.

1 apparecchio per la trasmissione della pressione 361 25 1 becher graduato, 1000 ml ................................... 604 211


Diritti riservati


Pressione dovuta alla gravità Misura della pressione di un liquido con manometro ad U


KR

108


1. Misura della pressione idrostatica in funzione della profondità d’immersione 2. Esame della pressione inferiore, superiore e laterale a profondità d’immersione costante

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento 1. Pressione idrostatica in funzione della profondità

d’immersione: - Versare nel becher 2500 ml d’acqua colorata. Riempire

metà tubo monometrico con acqua colorata. - Mettere la capsula manometrica immediatamente sotto la

superficie d’acqua ed assumere questa posizione come profondità d’immersione 0=h .

- Collegare il tubo ad U e segnare zero in corrispondenza del livello del liquido manometrico facendo scorrere la scala.

- Abbassare di 2 cm la capsula manometrica e leggere la variazione di pressione in termini di divisioni della scala (differenza tra il tubo monometrico di destra e quello di sinistra).

- Ripetere la misura con profondità d’immersione di 4 cm, 6 cm, 8 cm e 10 cm.

2. Pressione inferiore, superiore e laterale: - A profondità d’immersione arbitraria, ruotare la capsula

manometrica in tutte le direzioni ed osservare il livello del liquido contenuto nel tubo ad U.

- Ripetere la misura a profondità d’immersione diverse.

Esempio di misura 1. Pressione idrostatica in funzione della profondità

d’immersione:

Profondità immersione h in cm Pressione p in divisioni della scala

0 0 2 1.5 4 3.0 6 4.5 8 6

10 7.5

2. Pressione inferiore, superiore e laterale: Ruotando la capsula manometrica in tutte le direzioni, si trova che la pressione è sempre la stessa.

Valutazione dei risultati 1. In un liquido, la pressione idrostatica aumenta con la

profondità d’immersione. 2. Ad una determinata profondità d’immersione, la pressione

inferiore, superiore e laterale risulta costante.

1 capsula manometrica con manometro ad U ..... 361 57 1 becher, 3000 ml ................................................ 664 134 1 metro a nastro................................................... 311 78 1 becher in polipropilene, 100 ml ......................... 664 121 1 base d appoggio a V, 28 cm ............................. 300 01 1 asta di sostegno 25 cm..................................... 300 41 1 asta di sostegno 47 cm..................................... 300 42 2 morsetti Leybold ............................................... 301 01 1 polvere colorata solubile in acqua, rossa.......... 309 42


Diritti riservati


Pressione dovuta alla gravità Sensore di pressione con CASSY-Display


KR

108

Oggetto dell’esperimento 1. Misura della pressione idrostatica in funzione della profondità d’immersione

Setup

Montaggio: - Far scorrere per circa 10 cm il tubo di sostegno lungo 40 cm

all’interno dell’altro tubo e bloccarli con il morsetto universale. - Fissare il tubo di sostegno più piccolo alla base di appoggio. - L’altezza del sistema si regola allentando la vite inferiore del

morsetto universale. - Avvolgere con un po’ di carta l’estremo superiore del tubo di vetro

e stringere il tubo delicatamente con il morsetto Leybold. Preparazione della misura di pressione: - Mettere in funzione CASSY-Display con collegato Sensor-CASSY. - Collegare il sensore di pressione ad Input A. - Disattivare la visualizzazione di Input B con il tasto NEXT

(CASSY). - Collocare il tubo ad immersione immediatamente sotto la superficie

dell’acqua e premere il tasto OFFSET (CALIBRATION) fino all’accensione del LED rosso.

- Con la manopola di regolazione ADJUST, eseguire la calibrazione della pressione iniziale azzerando il display digitale.

- Confermare l’azzeramento, con il tasto OFFSET (CALIBRATION). Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Abbassare il tubo ad immersione ad intervalli di 2 cm e leggere di

volta in volta il valore della pressione su CASSY-Display.

Nota: Nella misura della profondità d’immersione, bisogna prendere in considerazione il livello della superficie d’acqua in corrispondenza del tubo ad immersione e non la posizione in cui si trova l’estremo del tubo.

Esempio di misura

Profondità d’immersione h in cm Pressione p in hPa 0 0 2 2.0 4 3.9 6 5.9 8 7.8

10 9.9

Valutazione dei risultati In un liquido, la pressione idrostatica aumenta con la profondità d’immersione. Se la profondità d’immersione aumenta di 10 cm, la pressione idrostatica aumenta di circa 10 hPa.

Nota: In questo caso, si può fare riferimento al barometro ad acqua costruito da Otto von Guericke. Questo dispositivo permette di misurare la pressione dell’aria per mezzo di una colonna d’acqua alta 10 m.

1 sensore di pressione S..........................................524 066 1 becher, 3000 ml ....................................................664 134 1 tubo di vetro ..........................................................665 201 1 Sensor-CASSY .....................................................524 010 1 CASSY-Display .....................................................524 020 1 metro a nastro .......................................................311 78 1 base di appoggio a V, 28 cm.................................300 01 1 tubo di sostegno, 45 cm........................................666 609 1 tubo di sostegno, 40 cm........................................666 607 1 asta di sostegno, 25 cm ........................................300 41 2 morsetti Leybold....................................................301 01 1 morsetto universale...............................................666 615 1 tubo in PVC 8 mm/2 mm, 1 m...............................604 502 1 matita universale ...................................................309 45


Diritti riservati


Galleggiamento Apparecchio per la pressione idrostatica


KR

208


1. Dimostrazione del fenomeno di galleggiamento

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Tirare il filo e fare aderire perfettamente il disco al cilindro

di vetro dell’apparecchio per la pressione idrostatica. - Tenere il cilindro di vetro con il disco in posizione verticale

ed immergerlo nel becher pieno d’acqua colorata. Allentare il filo in modo da far scendere il disco di alcuni centimetri sotto il livello dell’acqua.

- Spostare leggermente il cilindro verso il basso e verso l’alto.

- Osservare il disco.

Osservazione Anche dopo aver allentato il filo, il disco continua a restare attaccato al cilindro. Movendo il cilindro all’interno del becher sia verso l’alto che verso il basso, il disco non si stacca. Solo quando il disco si trova circa 1 cm sotto la superficie dell’acqua, si stacca dal cilindro e cade verso il fondo del becher.

Valutazione dei risultati La pressione idrostatica che agisce su un corpo ad una certa profondità d’immersione è la stessa in tutte le direzioni. Questa pressione aumenta con l’aumentare della profondità d’immersione. La pressione idrostatica che agisce sul fondo di un corpo immerso in acqua determina il galleggiamento. Se s’immerge nel becher il cilindro di vetro con il disco, a causa del galleggiamento, il disco viene spinto dal basso verso l’alto. Questo significa che sul disco agisce una forza F la cui direzione è opposta a quella della forza di gravità G. Se aumenta la profondità d’immersione, la forza F dovuta al galleggiamento aumenta rispetto alla forza di gravità G (F > G). In questo caso, il disco esercita una spinta contro il cilindro di vetro. Se l’azione dovuta al galleggiamento diminuisce, il disco comincia a scendere poiché si ha F < G. In questo caso, il disco si stacca dal cilindro di vetro ed inizia la caduta.

Nota: Se si riempie d’acqua il cilindro di vetro dopo averlo immerso, con questo esperimento si può dimostrare che sul disco agisce una pressione rivolta dal basso verso l’alto uguale a quella che agisce dall’alto verso il basso.

1 apparecchio per la pressione idrostatica .............361 61 1 becher, 3000 ml...................................................664 1341 polvere colorata solubile in acqua, rossa.............309 42


Diritti riservati

Meccanica dei liquidi e dei gas Pressione nei gas

Effetti della pressione dell’aria Ebollizione dell’acqua in un recipiente


KR

208


1. Dimostrazione dell’effetto della pressione dell’aria su un recipiente metallico

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Versare acqua fredda nel recipiente metallico e riempirlo

fino ad un terzo, riempire completamente il becher. - Mettere il recipiente sul treppiede e portare l’acqua in

ebollizione mediante il bruciatore. - Spegnere il bruciatore e toglierlo dal vassoio. - Dopo alcuni secondi chiudere il recipiente metallico con il

tappo. - Versare lentamente l’acqua fredda del becher sopra il

recipiente metallico e osservare cosa succede.

Osservazione A causa del raffreddamento dovuto all’acqua fredda del becher, improvvisamente, il recipiente metallico comincia a deformarsi.

Valutazione dei risultati All’interno del recipiente metallico chiuso si trova acqua calda e vapor d’acqua la cui pressione è uguale alla pressione dell’aria 0p .

Durante il raffreddamento il vapore condensa.

Questo provoca una diminuzione della pressione 1p all’interno

del recipiente metallico. Quindi si ha 01 pp < .

Ora, poiché la pressione interna è minore della pressione esterna, il recipiente metallico si deforma a causa della forza

0F applicata dalla pressione dell’aria.

1 serie di 3 recipienti metallici ............................... 379 27 1 becher graduato, 2000 ml .................................. 604 212 1 bruciatore a cartuccia tipo DIN........................... 666 714 1 treppiede con anello .......................................... 666 683 1 rete di protezione ............................................... 666 685 1 vassoio 6 x 5...................................................... 649 45


Diritti riservati

Meccanica dei liquidi e dei gas Pressione nei gas

Pompa aspirante e premente Pompa aspirante e premente di vetro


KR

208


1. Illustrare il funzionamento di una pompa aspirante e premente

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Tirare lentamente il pistone della pompa verso l’alto e poi

spingerlo verso il basso. - Osservare la valvola di aspirazione, la valvola di scarico e

lo scorrimento dell’acqua all’interno della pompa. - Ripetere più volte il procedimento.

Valutazione dei risultati Quando si tira il pistone verso l’alto, nel cilindro della pompa si ottiene una diminuzione di pressione. A causa della pressione esterna dell’aria, l’acqua viene spinta dentro il cilindro attraverso la valvola di aspirazione. Quando si spinge il pistone verso il basso, nel cilindro della pompa si ottiene un aumento di pressione che provoca la chiusura della valvola di aspirazione. L’acqua contenuta nel cilindro attraversa la valvola di scarico e scorre lungo il tubo collegato alla pompa. Quando si tira di nuovo il pistone verso l’alto, la valvola di scarico si chiude e si apre la valvola di aspirazione. Questo processo può continuare fino a quando tutta l’acqua contenuta nella vaschetta viene trasferita nella beuta di Erlenmeyer.

1 pompa aspirante e premente ............................ 375 111 1 vaschetta di plastica ......................................... 664 194 1 beuta di Erlenmeyer, 250 ml ............................. 664 250 1 tubo di silicone, 7 mm/2 mm, 1m ...................... 604 433 1 connettore di raccordo ...................................... 665 222 1 polvere colorata solubile in acqua, rossa.......... 309 42 1 base di appoggio a V, 28 cm ............................ 300 01 1 asta di sostegno, 47 cm.................................... 300 42 2 morsetti Leybold ............................................... 301 01 2 pinze universali ................................................. 666 555


Diritti riservati

Meccanica dei liquidi e dei gas Galleggiamento Effetto della forza di galleggiamento nei liquidi Misura con il dinamometro di precisione


KR

105


1. Determinazione dell’effetto della forza di galleggiamento su un corpo immerso gradualmente in un liquido 2. Dimostrare l’indipendenza tra la forza di galleggiamento su un corpo completamente immerso e la profondità d’immersione

Setup

Preparazione del corpo di alluminio:

- Infilare 30 cm di filo di refe nel foro del corpo di alluminio ed annodare i due estremi.

- Per valutare la profondità d’immersione, tracciare su una faccia del corpo di alluminio alcune linee di riferimento distanti tra loro 1.5 cm.

Montaggio:

- Far scorrere per circa 10 cm il tubo di sostegno lungo 40 cm all’interno dell’altro tubo e bloccarli con il morsetto universale.

- Fissare il tubo di sostegno più piccolo alla base di appoggio.

- Fissare il morsetto con il gancio all’altro tubo di sostegno. - L’altezza del sistema si regola allentando la vite inferiore

del morsetto universale.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento

1. Effetto dovuto alla forza di galleggiamento:

- Mediante il dinamometro, determinare la forza di gravità del corpo di alluminio.

- Quindi, immergere il corpo nel becher pieno d’acqua. Procedere passo passo utilizzando le linee di riferimento tracciate sul corpo.

- Leggere di volta in volta la forza applicata al dinamometro.

2. Forza di galleggiamento che agisce sul corpo immerso completamente:

- Immergere completamente il corpo nell’acqua.

- Leggere il valore della forza sul dinamometro.

Esempio di misura 1. Forza di gravità del corpo d’alluminio: G = 1.0 N

Profondità d’immersione s in cm Forza F‘ in N

1.5 0.91

3.0 0.81

4.5 0.72

6.0 0.63

2. Quando il corpo è completamente immerso in acqua, sul dinamometro si legge una forza F‘ di 0.63 N.

Valutazione dei risultati 1. Su un corpo immerso in acqua agisce una forza la cui

direzione è opposta a quella della forza di gravità. Questa forza si chiama forza di galleggiamento Fb. Il suo valore è uguale alla differenza tra G ed F´: Fb = G – F‘.

2. La forza di galleggiamento che agisce su un corpo immerso completamente in un liquido, non dipende dalla profondità d’immersione.

1 parallelepipedo di alluminio...............................362 32 1 becher di plastica, 1000 ml ...............................590 06 1 dinamometro di precisione, 1 N ........................314 141 1 base di appoggio a V, 20 cm.............................300 02 1 tubo di sostegno, 45 cm....................................666 609 1 tubo di sostegno, 40 cm....................................666 607 1 morsetto universale...........................................666 615 1 morsetto con gancio..........................................301 08 1 filo di refe ..........................................................309 48 1 penna con contatto a punta ..............................667 019


Diritti riservati

Meccanica dei liquidi e dei gas Galleggiamento Effetto della forza di galleggiamento nei liquidi Misura con il sensore di forza e CASSY-Display


KR

105

Oggetto dell’esperimento 1. Determinazione dell’effetto della forza di galleggiamento su un corpo immerso gradualmente in un liquido 2. Dimostrare l’indipendenza tra la forza di galleggiamento su un corpo completamente immerso e la profondità d’immersione

Setup

Preparazione del corpo di alluminio: - Infilare 30 cm di filo di refe nel foro del corpo di alluminio ed

annodare i due estremi. - Per valutare la profondità d’immersione, tracciare su una faccia del

corpo di alluminio alcune linee di riferimento distanti 1.5 cm. Montaggio: - Far scorrere per circa 10 cm il tubo di sostegno lungo 40 cm

all’interno dell’altro tubo e bloccarli con il morsetto universale. - Fissare il tubo di sostegno più piccolo alla base di appoggio. - Fissare il morsetto con il gancio all’altro tubo di sostegno. - L’altezza del sistema si regola allentando la vite inferiore del

morsetto universale. Preparazione della misura di forza: - Mettere in funzione CASSY-Display collegato a Sensor-CASSY. - Collegare il sensore di forza a Input A. - Disattivare la visualizzazione di Input B con il tasto NEXT

(CASSY). - Con il sensore di forza scarico, eseguire l’azzeramento premendo

il tasto OFFSET (CALIBRATION) fino all’accensione del LED rosso.

- Eseguito l’azzeramento, confermare premendo di nuovo il tasto OFFSET (CALIBRATION).

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento 1. Effetto dovuto alla forza di galleggiamento: - Determinare la forza di gravità del corpo di alluminio mediante il

sensore di forza. - Quindi, immergere il corpo nel becher pieno d’acqua. Procedere

passo passo utilizzando le linee di riferimento tracciate sul corpo. - Di volta in volta, leggere su CASSY-Display il valore della forza

applicata. 2. Forza di galleggiamento che agisce sul corpo immerso

completamente: - Immergere completamente il corpo nell’acqua. - Leggere il valore della forza su CASSY-Display.

Esempio di misura 1. Forza di gravità del corpo d’alluminio: G = 1.0 N

Profondità d’immersione s in cm Forza F‘ in N 1.5 0.93 3.0 0.83 4.5 0.73 6.0 0.63

2. Quando il corpo è completamente immerso in acqua, sul display si legge una forza F´ di 0.6 N.

Valutazione dei risultati 1. Su un corpo immerso in acqua agisce una forza la cui direzione è

opposta a quella della forza di gravità. Questa forza si chiama forza di galleggiamento Fb. Il suo valore è uguale alla differenza tra G ed F´: Fb = G – F‘.

2. La forza di galleggiamento che agisce su un corpo immerso completamente in un liquido, non dipende dalla profondità d’immersione.

1 parallelepipedo di alluminio.......................................... 362 32 1 becher di plastica, 1000 ml .......................................... 590 06 1 sensore di forza S, ±50 N............................................. 524 042 1 Sensor-CASSY ............................................................ 524 010 1 CASSY-Display ............................................................ 524 020 1 base di appoggio a V, 20 cm........................................ 300 02 1 tubo di sostegno, 45 cm............................................... 666 609 1 tubo di sostegno, 40 cm............................................... 666 607 1 asta di sostegno, 25 cm ............................................... 300 41 1 morsetto universale...................................................... 666 615 1 morsetto Leybold.......................................................... 301 01 1 filo di refe...................................................................... 309 48 1 penna con contatto a punta.......................................... 667 019


Diritti riservati

Meccanica dei liquidi e dei gas Galleggiamento

Forza di galleggiamento e sua indipendenza dalla massa del corpo Misura con il dinamometro di precisione


KR

108

Oggetto dell’esperimento 1. Misura e confronto tra le forze di galleggiamento che agiscono su corpi di massa diversa

Setup


cm all’interno dell’altro tubo e bloccarli con il morsetto universale.


- Fissare il morsetto con il gancio all’altro tubo di sostegno. L’altezza del sistema si regola allentando la vite inferiore del morsetto universale.

Preparazione del cilindro vuoto: - Segnare la profondità d’immersione del cilindro vuoto con

la penna a punta di contatto oppure usare una striscia di nastro adesivo colorato.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Mettere il cilindro vuoto sulla bilancia e misurare la sua

massa m. - Nota la massa, determinare la forza di gravità G. - Allentare la vite inferiore del morsetto universale ed

immergere in acqua il cilindro vuoto fino al segno, leggere il valore della forza F’.

- Mettere una massa ad intaglio di 10 g nel cilindro vuoto. - Determinare il nuovo valore della massa del cilindro ed

immergerlo ancora in acqua fino al segno. - Leggere sul dinamometro il valore della forza F’. - Mettere uno dopo l’altro i vari pesi addizionali dentro il

cilindro ed immergerlo ogni volta fino al segno, quindi ripetere la misura.

- Calcolare le forze di galleggiamento come nel caso dell’esperimento D 1.7.3.1.a e confrontare i loro valori.

Esempio di misura Massa m in g 100 110 120 130 140 150

*Forza di gravità G in N

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Forza F’ in N 0.32 0.43 0.53 0.61 0.72 0.82

Forza di galleggiam. Fb in N

0.68 0.67 0.67 0.69 0.68 0.68

*valori arrotondati

Valutazione dei risultati La forza di galleggiamento che agisce su un corpo non dipende dalla sua massa.

1 cilindro di Archimede.........................................362 02 1 becher di plastica, 1000 ml ...............................590 06 1 dinamometro di precisione, 1N .........................314 141 1 bilancia elettronica CS 200, 230 V ....................667 793 5 masse ad intaglio, 10 g, rosse ..........................315 416 1 base di appoggio a V, 28 cm ............................300 01 1 tubo di sostegno, 45 cm....................................666 609 1 tubo di sostegno, 40 cm....................................666 607 1 morsetto universale...........................................666 615 1 morsetto con gancio..........................................301 08 1 penna con contatto a punta ..............................667 019


Diritti riservati

Meccanica dei liquidi e dei gas Galleggiamento Legame tra la forza di galleggiamento e il volume del corpo immerso Misura con il dinamometro di precisione


KR

106

Oggetto dell’esperimento 1. Determinazione del legame tra la forza di galleggiamento e il volume del corpo immerso

Setup

Preparazione dei corpi da immergere: - Legare 8 cm di filo di refe al corpo di alluminio e al corpo di

acciaio.




- Fissare il morsetto con il gancio all’altro tubo di sostegno. - L’altezza del sistema si regola allentando la vite inferiore


Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Prima di tutto determinare il volume dei due corpi con il

metodo della differenza (D 1.1.1.4). - Appendere il corpo di alluminio al dinamometro e

determinare la sua forza di gravità G. - Diminuire l’altezza del sistema di montaggio ed abbassare

il corpo fino ad immergerlo completamente in acqua. - Leggere il valore della forza F‘ sul dinamometro e calcolare

la forza di galleggiamento Fb. - Ripetere l’esperimento con il corpo di acciaio.

Esempio di misura Volume V

in cm³ Forza di gravità

G in N Forza F‘

in N Forza di galleggiam.

Fb in N

11 0.3 0.18 0.12

4 0.3 0.25 0.05

Valutazione dei risultati La forza di galleggiamento dipende dal volume del corpo immerso. Maggiore è il volume del corpo e maggiore è il valore della forza di galleggiamento che agisce su di esso.

1 serie di corpi di uguale massa...........................362 28 1 becher di plastica, 1000 ml ...............................590 06 1 dinamometro di precisione, 1N .........................314 141 1 cilindro graduato, 100 ml...................................665 754 1 base di appoggio a V, 20 cm ............................300 02 1 tubo di sostegno, 45 cm....................................666 609 1 tubo di sostegno, 40 cm....................................666 607 1 morsetto universale...........................................666 615 1 morsetto con gancio..........................................301 08 1 filo di refe ..........................................................309 48


Diritti riservati

Meccanica dei liquidi e dei gas Galleggiamento Legame tra la forza di galleggiamento e il volume del corpo immerso Misura con il sensore di forza e CASSY-Display


KR

106

Oggetto dell’esperimento 1. Determinazione del legame tra la forza di galleggiamento e il volume del corpo immerso

Setup

Preparazione dei corpi da immergere: - Legare 8 cm di filo di refe al corpo di alluminio e al corpo di acciaio.


all’interno dell’altro tubo e bloccarli con il morsetto universale. - Fissare il tubo di sostegno più piccolo alla base di appoggio. - Fissare il morsetto con il gancio all’altro tubo di sostegno. • L’altezza del sistema si regola allentando la vite inferiore del





Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Prima di tutto determinare il volume dei due corpi con il metodo

della differenza (D 1.1.1.4). - Appendere il corpo di alluminio al sensore di forza e determinare la

forza di gravità G. - Diminuire l’altezza del sistema di montaggio ed abbassare il corpo

fino ad immergerlo completamente in acqua. - Leggere il valore della forza F‘ su CASSY-Display e calcolare la

forza di galleggiamento Fb. - Ripetere l’esperimento con il corpo di acciaio.

Esempio di misura

Volume V in cm³

Forza di gravità G in N

Forza F‘ in N

*Forza di galleggiam. Fb in N

11 0.3 0.18 0.12

4 0.3 0.25 0.05

*Fb = G – F‘

Valutazione dei risultati La forza di galleggiamento dipende dal volume del corpo immerso. Maggiore è il volume del corpo e maggiore è il valore della forza di galleggiamento che agisce su di esso.

1 serie di corpi di uguale massa.....................................362 28 1 becher di plastica, 1000 ml .........................................590 06 1 sensore di forza S, ±50 N............................................524 042 1 Sensor-CASSY ...........................................................524 010 1 CASSY-Display ...........................................................524 020 1 cilindro graduato, 100 ml.............................................665 754 1 base di appoggio a V, 20 cm.......................................300 02 1 tubo di sostegno, 45 cm..............................................666 609 1 tubo di sostegno, 40 cm..............................................666 607 1 asta di sostegno, 25 cm ..............................................300 41 1 morsetto universale.....................................................666 615 1 morsetto Leybold.........................................................301 01 1 filo di refe.....................................................................309 48


Diritti riservati


Forza di galleggiamento e sua dipendenza dal tipo di liquido Misura con il dinamometro di precisione


KR

106


1. Determinazione del legame della forza di galleggiamento dal tipo di liquido

Setup


annodare i due estremi. Montaggio: - Far scorrere per circa 10 cm il tubo di sostegno lungo 40



- Fissare il morsetto Leybold all’altro tubo di sostegno. - L’altezza del sistema si regola allentando la vite inferiore


Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Versare 1000 ml d’acqua nel becher di plastica. - Appendere il parallelepipedo di alluminio al dinamometro e

determinare la forza di gravità G. - Diminuire l’altezza del sistema di montaggio ed abbassare

il corpo fino ad immergerlo completamente in acqua. - Leggere il valore della forza F‘ sul dinamometro e calcolare

la forza di galleggiamento Fb. - Sollevare il corpo di alluminio fino alla posizione iniziale. - Aggiungere 300 g di NaCl all’acqua contenuta nel becher e

mescolare il tutto con l’agitatore di vetro. - Immergere completamente il corpo di alluminio nell’acqua

salata, leggere il valore della forza F‘ e calcolare di nuovo la forza di galleggiamento.

- Vuotare il becher di plastica e sciacquarlo assieme al corpo di alluminio.

- Versare nel becher alcool metilico e ripetere l’esperimento. - Confrontare le forze di galleggiamento con la densità dei

liquidi (D 1.1.3.4.a).

Esempio di misura

Liquido Acqua Acqua salata Alcool Forza di gravità G in N 1.0 1.0 1.0

Forza F‘ in N 0.66 0.60 0.72

Forza di galleggiam.Fb in N 0.34 0.40 0.28

Densità ρ in g/cm³ 0.99 1.13 0.83

Valutazione dei risultati Il valore della forza di galleggiamento dipende dal tipo di liquido. Maggiore è la densità del liquido e maggiore è il valore della forza di galleggiamento che agisce su un corpo.

1 parallelepipedo di alluminio ...............................362 32 1 becher di plastica, 1000 ml................................590 06 1 cloruro di sodio, 1 kg ........................................673 57201 alcool metilico, 1 l..............................................670 99901 dinamometro di precisione, 1 N.........................314 141 1 base di appoggio a V, 20 cm.............................300 02 1 tubo di sostegno, 45 cm ....................................666 609 1 tubo di sostegno, 40 cm ....................................666 607 1 morsetto universale...........................................666 615 1 morsetto con gancio..........................................301 08 1 filo di refe...........................................................309 48 1 agitatore di vetro ...............................................665 213


Diritti riservati


Forza di galleggiamento e sua dipendenza dal tipo di liquido Misura con il sensore di forza e CASSY-Display


KR

106

Oggetto dell’esperimento 1. Determinazione del legame della forza di galleggiamento dal tipo di liquido

Setup


annodare i due estremi. Montaggio: - Far scorrere per circa 10 cm il tubo di sostegno lungo 40 cm

all’interno dell’altro tubo e bloccarli con il morsetto universale. - Fissare il tubo di sostegno più piccolo alla base di appoggio. - Fissare il morsetto Leybold all’altro tubo di sostegno. - L’altezza del sistema si regola allentando la vite inferiore del





Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Versare 1000 ml d’acqua nel becher di plastica. - Appendere il parallelepipedo di alluminio al sensore di forza e

determinare la forza di gravità G. - Diminuire l’altezza del sistema di montaggio ed abbassare il corpo

fino ad immergerlo completamente in acqua. - Leggere il valore della forza F‘ su CASSY-Display e calcolare la

forza di galleggiamento Fb. - Sollevare il corpo di alluminio fino alla posizione iniziale. - Aggiungere 300 g di NaCl all’acqua contenuta nel becher e

mescolare il tutto con l’agitatore di vetro. - Immergere completamente il corpo di alluminio nell’acqua salata,

leggere il valore della forza F‘ e calcolare di nuovo la forza di galleggiamento.

- Vuotare il becher di plastica e sciacquarlo assieme al corpo di alluminio.

- Versare nel becher alcool metilico e ripetere l’esperimento. - Confrontare le forze di galleggiamento con la densità dei liquidi.

Esempio di misura

Liquido Acqua Acqua salata Alcool

Forza di gravità G in N 1.0 1.0 1.0

Forza F‘ in N 0.66 0.60 0.72

Forza di galleggiam. Fb in N 0.34 0.40 0.28

Densità ρ in g/cm³ 0.99 1.13 0.83

Valutazione dei risultati Il valore della forza di galleggiamento dipende dal tipo di liquido.

Maggiore è la densità del liquido e maggiore è il valore della forza di galleggiamento che agisce su un corpo.

1 parallelepipedo di alluminio.........................................362 32 1 becher di plastica, 1000 ml .........................................590 06 1 cloruro di sodio, 1 kg...................................................673 5720 1 alcool metilico, 1 l........................................................670 9990 1 sensore di forza S, ±50 N............................................524 042 1 Sensor-CASSY ...........................................................524 010 1 CASSY-Display ...........................................................524 020 1 base di appoggio a V, 20 cm.......................................300 02 1 tubo di sostegno, 45 cm..............................................666 609 1 tubo di sostegno, 40 cm..............................................666 607 1 asta di sostegno, 25 cm ..............................................300 41 1 morsetto Leybold.........................................................301 01 1 morsetto universale.....................................................666 615 1 filo di refe.....................................................................309 48 1 agitatore di vetro .........................................................665 213


Diritti riservati


Principio di Archimede Misura con il dinamometro di precisione


KR

207

Oggetto dell’esperimento 1. Determinare la relazione tra la forza di galleggiamento che agisce su un corpo e il peso del volume di liquido spostato

Setup


all’interno dell’altro tubo e bloccarli con il morsetto universale. - Fissare il tubo di sostegno più piccolo alla base di appoggio. - Fissare il morsetto con il gancio all’altro tubo di sostegno.

L’altezza del sistema si regola allentando la vite inferiore del morsetto universale.

Preparazione del recipiente a trabocco: - Riempire d’acqua il recipiente a trabocco fino a sfiorare il livello in

cui l’acqua comincia ad uscire dal beccuccio e ad entrare nel cilindro graduato.

- Vuotare il cilindro graduato e metterlo sotto il recipiente a trabocco.

Preparazione del cilindro di Archimede: - Con il filo, attaccare il cilindro pieno sotto il cilindro cavo; il cilindro

pieno aderisce perfettamente all’interno di quello cavo.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Appendere il cilindro cavo e il cilindro pieno al dinamometro come

mostrato in figura e determinare la forza di gravità 0G .

- Allentare la vite inferiore del morsetto universale e abbassare il dinamometro fino ad immergere completamente in acqua il cilindro pieno.

- Leggere la forza di gravità 1G che agisce sul dinamometro e attendere che l’acqua spostata dal cilindro pieno si trasferisca dal recipiente a trabocco al cilindro graduato.

- Lasciare il cilindro pieno immerso in acqua e versare nel cilindro cavo l’acqua contenuta nel cilindro graduato.

- Leggere il valore della forza di gravità 2G che ora agisce sul dinamometro.

- Ripetere la misura con acqua salata e alcool metilico.

Esempio di misura Per l’acqua:

Forza di gravità 0G in N (cilindro cavo e cilindro pieno in aria)

2.0

Forza di gravità 1G in N (cilindro pieno immerso in acqua)

1.3

Forza di gravità 2G in N (cilindro pieno immerso in acqua e cilindro cavo riempito con l’acqua spostata)

2.0

Valutazione dei risultati Se il cilindro pieno è immerso in un liquido, su di esso agisce una forza di galleggiamento bF la cui direzione è opposta a quella della forza di gravità. Di conseguenza la forza di gravità del cilindro cavo e del cilindro pieno diminuisce da 0G a 1G : b01 FGG −= .

Se si versa nel cilindro cavo l’acqua spostata dal cilindro pieno, la forza di gravità del cilindro cavo e del cilindro pieno è di nuovo uguale a 0G .

Quindi, il valore della forza di galleggiamento Fb che agisce sul cilindro pieno è uguale alla forza di gravità WG dell’acqua spostata:

Wb GF = .

1 cilindro di Archimede ....................................................362 02 1 recipiente a trabocco ....................................................362 04 1 cilindro graduato, 100 ml ..............................................590 08 1 cloruro di sodio, 1 kg ....................................................673 57201 alcool metilico, 1l ..........................................................670 99901 becher di plastica, 1000 ml...........................................590 06 1 dinamometro di precisione, 2N.....................................314 151 1 base di appoggio a V, 20 cm........................................300 02 1 tubo di sostegno, 45 cm ...............................................666 609 1 tubo di sostegno, 40 cm ...............................................666 607 1 morsetto universale ......................................................666 615 1 morsetto con gancio .....................................................301 08 1 filo di refe......................................................................309 48 1 agitatore di vetro...........................................................665 213


Diritti riservati


Principio di Archimede Misura con la bilancia idrostatica


KR

108


1. Determinare la relazione tra la forza di galleggiamento che agisce su un corpo e il peso del volume di liquido spostato

Setup

Preparazione della bilancia: - Prima di iniziare la misura, mettere a punto la bilancia. - Per fare questo, spostare il giogo della bilancia ed il

sostegno verso l’estremo superiore dell’asta di sostegno, quindi, mettere a punto la bilancia mediante i dadi di bilanciamento di destra e di sinistra.

- Se l’intervallo di bilanciamento non è sufficiente, scambiare le scale tra loro.

Preparazione del cilindro di Archimede: - Collegare i ganci del cilindro pieno e del cilindro cavo con 3

cm di filo di refe.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Appendere il cilindro pieno e il cilindro cavo ad una scala e

controbilanciare mettendo dei pesi sull’altra scala. - Versare circa 200 ml d’acqua nel becher più grande e

metterlo sotto i due cilindri. - Allentare la vite del sostegno ed abbassare lentamente il

giogo della bilancia fino ad immergere completamente nel liquido il cilindro pieno.

- Osservare la deflessione della bilancia. - Versare nel cilindro cavo un po’ d’acqua alla volta fino a

raggiungere l’orlo, osservare di nuovo la deflessione della bilancia.

- Ripetere l’esperimento con acqua salata ed alcool metilico.

Esempio di misura Massa m del cilindro pieno e del cilindro cavo: g206=m .

Dopo l’immersione nel liquido, l’indice si sposta verso sinistra. Versando lo stesso liquido nel cilindro cavo, la deflessione diminuisce. Si raggiunge lo zero quando il cilindro cavo è pieno fino all’orlo.

Valutazione dei risultati Quando un corpo viene immerso in un liquido qualsiasi, su di esso agisce la forza di galleggiamento. Il valore della forza di galleggiamento è uguale alla forza di gravità del liquido spostato dal corpo.

1 cilindro di Archimede ........................................ 362 02 1 bilancia idrostatica ............................................ 315 01 1 serie di pesi, da 10 mg a 200 g......................... 315 31 1 cloruro di sodio, 1 kg......................................... 673 57201 alcool metilico, 1 l ............................................. 670 99901 becher 100 ml, alto ........................................... 664 137 1 becher 250 ml, alto ........................................... 664 138 1 filo di refe .......................................................... 309 48 1 agitatore di vetro ............................................... 665 213


Diritti riservati


Principio di Archimede Misura con Sensor-CASSY e CASSY-Display


KR

207

Oggetto dell’esperimento 1. Determinare la relazione tra la forza di galleggiamento che agisce su un corpo e il peso del volume di liquido spostato

Setup


all’interno dell’altro tubo e bloccarli con il morsetto universale. - Fissare il tubo di sostegno più piccolo alla base di appoggio. - Fissare il morsetto Leybold all’altro tubo di sostegno.

L’altezza del sistema si regola allentando la vite inferiore del morsetto universale.

Preparazione del recipiente a trabocco: - Riempire d’acqua il recipiente a trabocco fino a sfiorare il livello in

cui l’acqua comincia ad uscire dal beccuccio e ad entrare nel cilindro graduato.

- Vuotare il cilindro graduato e metterlo sotto il recipiente a trabocco.

Preparazione del cilindro di Archimede: - Con il filo, attaccare il cilindro pieno sotto il cilindro cavo; il cilindro

pieno aderisce perfettamente all’interno di quello cavo.

Preparazione della misura di forza: - Mettere in funzione CASSY-Display collegato a Sensor-CASSY. - Collegare il sensore di forza a Input A. - Disattivare la visualizzazione di Input B con il tasto NEXT




Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Appendere il cilindro cavo e il cilindro pieno al sensore di forza

come mostrato in figura e determinare la forza di gravità 0G .

- Allentare la vite inferiore del morsetto universale e abbassare il sensore di forza fino ad immergere completamente in acqua il cilindro pieno.

- Leggere sul display la forza di gravità 1G e attendere che l’acqua spostata dal cilindro pieno si trasferisca dal recipiente a trabocco al cilindro graduato.

- Lasciare il cilindro pieno immerso in acqua e versare nel cilindro cavo l’acqua contenuta nel cilindro graduato.

- Leggere sul display il valore della forza di gravità 2G . - Ripetere la misura con acqua salata e alcool metilico.

Esempio di misura Per l’acqua:

Forza di gravità 0G in N (cilindro cavo e cilindro pieno in aria)

2.0

Forza di gravità 1G in N (cilindro pieno immerso in acqua)

1.3

Forza di gravità 2G in N (cilindro pieno immerso in acqua e cilindro cavo riempito con l’acqua spostata)

2.0

Valutazione dei risultati Se il cilindro pieno è immerso in un liquido, su di esso agisce una forza di galleggiamento bF la cui direzione è opposta a quella della forza di gravità. Di conseguenza la forza di gravità del cilindro cavo e del cilindro pieno diminuisce da 0G a 1G : bFGG −= 01 .

Se si versa nel cilindro cavo l’acqua spostata dal cilindro pieno, la forza di gravità del cilindro cavo e del cilindro pieno è di nuovo uguale a 0G . Quindi, il valore della forza di galleggiamento Fb che agisce sul

cilindro pieno è uguale alla forza di gravità WG dell’acqua spostata:

Wb GF = .

1 cilindro di Archimede ....................................................362 02 1 recipiente a trabocco ....................................................362 04 1 cilindro graduato, 100 ml ..............................................590 08 1 cloruro di sodio, 1 kg ....................................................673 5720 1 alcool metilico, 1l ..........................................................670 9990 1 becher di plastica, 1000 ml...........................................590 06 1 sensore di forza S, ±50 N.............................................524 042 1 Sensor-CASSY.............................................................524 010 1 CASSY-Display ............................................................524 020 1 base di appoggio a V, 20 cm........................................300 02 1 tubo di sostegno, 45 cm ...............................................666 609 1 tubo di sostegno, 40 cm ...............................................666 607 1 asta di sostegno, 25 cm ...............................................300 41 1 morsetto universale ......................................................666 615 1 morsetto Leybold..........................................................301 01 1 filo di refe .....................................................................309 48 1 agitatore di vetro...........................................................665 213


Diritti riservati


Discesa, fluttuazione, salita Diavoletto di Cartesio


KR

106


1. Verificare la discesa, la fluttuazione e la salita del diavoletto di Cartesio

Setup

- Riempire d’acqua il cilindro fino all’orlo, mettere il diavoletto nell’acqua e chiudere ermeticamente il cilindro con il tappo.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Spingere sul tappo con il pollice in modo da far scendere il

diavoletto. - Ridurre la pressione in modo da far fluttuare il diavoletto ad

una determinata altezza. - Diminuire ulteriormente la pressione in modo da far tornare

il diavoletto nella posizione iniziale. - Far notare agli studenti il livello dell’acqua all’interno del

diavoletto.

Valutazione dei risultati Quando si applica una pressione sul tappo, l’acqua penetra all’interno del diavoletto attraverso un piccolo foro situato in prossimità della coda, per cui varia la forza di gravità del diavoletto.

Discesa: La forza di gravità del diavoletto è maggiore della forza di galleggiamento: bFG > .

Fluttuazione: La forza di gravità del diavoletto è uguale alla forza di galleggiamento:

bFG = .

Salita: La forza di gravità del diavoletto è minore della forza di galleggiamento: bFG < .

Nota: La rotazione del diavoletto nella fase di discesa o di salita è dovuta ad una forza tangenziale che agisce durane l’entrata o la fuoriuscita dell’acqua.

1 coppia di diavoletti di Cartesio .......................... 683 62 1 cilindro autoportante, 400 ml............................. 664 215 1 tappo di gomma................................................ 667 270


Diritti riservati


Verifica del galleggiamento nell’aria Baroscopio


KR

208


1. Dimostrare l’azione della forza di galleggiamento nell’aria

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Mettere il baroscopio sotto la campana di vetro. - Fare il vuoto all’interno della campana a partire da circa

1000 hPa ed osservare il baroscopio.

Osservazione Fatto il vuoto all’interno della campana, la sfera di polistirolo si abbassa.

Valutazione dei risultati In presenza dell’aria, i due corpi del baroscopio sono soggetti alla forza di gravità 1G (sfera di polistirolo) e 2G (corpo metallico) dirette verso il basso e alla forza 1F (sfera di

polistirolo) ed 2F (corpo metallico) dovute al galleggiamento.

Se il baroscopio è in equilibrio, si ha: 2211 FGFG −=− .

Poiché il volume della sfera di polistirolo è molto maggiore del volume del corpo metallico, si ha 21 FF > e quindi 21 GG > .

Eseguito il vuoto all’interno della campana, il galleggiamento diventa trascurabile. I due corpi sono sottoposti quasi esclusivamente alle forze di gravità 1G e 2G .

Per questo motivo ed in tali condizioni, la sfera di polistirolo si abbassa.

1 baroscopio ........................................................ 379 10 1 piatto per esperimenti nel vuoto........................ 378 89 1 campana per la pompa pneumatica.................. 378 561 1 pompa per vuoto a cassetto ruotante S 1.5 ...... 378 73 1 manometro di Bourdon, DN 16 KF.................... 378 510 1 valvola di ventilazione con DN 10 KF ............... 378 771 1 elemento a croce DN 16 KF.............................. 378 015 1 flangia piccola DN 16 KF con portagomma....... 378 031 3 anelli di centraggio DN 16 KF ........................... 378 045 1 anello di centraggio (adattatore) DN 10/16 KF.. 378 040 4 anelli di centraggio DN 10/16 KF ...................... 378 050 1 tubo per il vuoto ................................................ 307 68


Diritti riservati

Comportamento termico dei corpi Corpi solidi Allungamento dei tubi all’aumentare della temperatura Apparecchio per l’allungamento termico P

D 2.1.2.2.a.Esperimenti di Fisica

KR

207

Oggetto dell’esperimento 1. Analizzare l’allungamento dei tubi di rame, acciaio e vetro per effetto del riscaldamento

Setup

Norma di sicurezza: Sostituire i tubi caldi usando un pezzo di stoffa.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Versare circa 300 ml d’acqua nella beuta di Erlenmeyer e

chiuderla con il tappo. - Mettere il tubo di rame nell’apparecchio per l’allungamento

e collegarlo alla beuta di Erlenmeyer con il tubicino di silicone.

- Fissare il tubo di rame al morsetto a molla facendo in modo che la scanalatura del tubo sia a contatto con la lama dell’indice.

- Spostare il tubo longitudinalmente in modo da posizionare l’indice sullo zero della scala.

- Scaldare l’acqua contenuta nella beuta con il bruciatore, e portarla in ebollizione.

- Osservare la deflessione dell’indice e leggere il valore riportato sulla scala.

- Ripetere il procedimento con il tubo di acciaio e con il tubo di vetro.

Esempio di misura

Materiale Valore letto sulla scala

*allungamento l∆ in mm

Rame 3.4 0.68

Acciaio 2.2 0.44

Vetro 1.8 0.36

*Il valore 5 riportato a fondo scala corrisponde ad un allungamento di 1 mm.

Valutazione dei risultati L’allungamento dei tubi all’aumentare della temperatura dipende dal materiale. L’allungamento del tubo di rame è maggiore dell’allungamento del tubo di acciaio e del tubo di vetro.

Nota: Con i valori dell’allungamento ottenuti in questo esperimento, si può ricavare il coefficiente di dilatazione lineare del rame,

dell’acciaio e del vetro: ϑ∆⋅

∆=αl

l

l∆ : allungamento del tubo

l : lunghezza iniziale del tubo

ϑ∆ : differenza tra la temperatura 2ϑ ( 2ϑ = 100 °C) del tubo

dovuta al riscaldamento e la temperatura ambiente 1ϑ

Valori per i materiali usati nell’esperimento:

Rame: K11017 6−⋅=α

Acciaio: K11011 6−⋅=α

Vetro: K1109 6−⋅=α

1 apparecchio per l’allungamento termico P......... 381 35 1 beuta di Erlenmeyer, 500 ml, collo stretto.......... 664 251 1 piatto di Petri...................................................... 602 740 1 tappo di gomma, 28/34, 1 foro ........................... 667 265 1 connettore di raccordo ....................................... 665 222 1 tubicino di silicone, 7 mm/2 mm, 1m.................. 604 433 1 base di appoggio a V, 28 cm ............................. 300 01 1 asta di sostegno, 75 cm..................................... 300 43 2 morsetti Leybold ................................................ 301 01 1 morsetto universale ........................................... 666 555 1 anello di sostegno con gambo, 100 mm ............ 666 573 1 reticella metallica, 120 x 120 mm....................... 608 120 1 bruciatore a cartuccia tipo DIN........................... 666 714


Diritti riservati

Comportamento termico dei corpi Corpi solidi Forze che agiscono sui corpi solidi durante il raffreddamento Dilatometro di rottura di Tyndall


KR

206

Oggetto dell’esperimento 1. Verificare la forza esercitata su un provino durante il raffreddamento di un’asta metallica

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Prima di iniziare il riscaldamento dell’asta metallica, fissare

il provino stringendo debolmente la vite a farfalla. - Scaldare per circa 10 minuti l’asta metallica con una

fiamma estesa e poco luminosa. - Compensare l’allungamento dell’asta metallica stringendo

ulteriormente la vite a farfalla, ma in modo da non sollecitare il provino.

- Quando non si riesce più a ruotare la vite a farfalla, togliere il bruciatore.

- Allentare il morsetto Leybold e ruotare il dilatometro in modo che il provino sia rivolto verso il basso (norma di sicurezza). Stringere di nuovo il morsetto.

- Osservare il provino per un intervallo di tempo compreso tra 3 e 10 minuti.

Osservazione Quando l’asta si raffredda, il provino si spezza in due.

Valutazione dei risultati Durante il raffreddamento, l’asta metallica si accorcia. Poiché il provino è solidale con l’asta metallica, a causa del raffreddamento l’asta sviluppa una forza che tende a spezzare il provino.

1 dilatometro di rottura di Tyndall......................... 381 16 1 bruciatore a cartuccia tipo DIN.......................... 666 714 1 asta di sostegno, 47 cm.................................... 300 42 1 morsetto Leybold .............................................. 301 01 1 base di appoggio a V, 28 cm ............................ 300 01 oppure 1 morsetto da tavolo ............................................ 301 06


Diritti riservati

Propagazione del calore Convezione del calore Dimostrazione della convezione del calore nell’acqua Apparecchio per convezione S


KR

206

Oggetto dell’esperimento 1. Dimostrare la convezione del calore in un liquido nel caso di riscaldamento non uniforme

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Fissare il tubo di vetro al sistema di sostegno e riempirlo

d’acqua. - Aggiungere con la spatola una quantità opportuna di

polvere colorata.. - Riscaldare uno degli angoli bassi del tubo di vetro con

fiamma piccola e poco luminosa. - Osservare l’acqua colorata all’interno del tubo di vetro.

Osservazione L’acqua colorata comincia a circolare all’interno del tubo.

Valutazione dei risultati L’acqua calda si propaga all’interno del tubo. La densità dell’acqua diminuisce ed aumenta lungo i due rami del tubo. Quando l’acqua si allontana dalla sorgente di calore, si raffredda per cui aumenta la sua densità e comincia scendere lungo l’altro ramo del tubo. A causa della differenza di temperatura dell’acqua, all’interno del tubo si manifesta il fenomeno della convezione del calore.

1 apparecchio per convezione S.......................... 389 182 1 polvere colorata solubile in acqua, rossa.......... 309 42 1 spatola .............................................................. 666 963 1 becher graduato, 1000 ml ................................. 604 211 1 asta di sostegno, 75 cm.................................... 300 43 1 morsetto Leybold .............................................. 301 01 1 morsetto universale .......................................... 666 555 1 base di appoggio a V, 20 cm ............................ 300 02 1 bruciatore a cartuccia tipo DIN.......................... 666 714


Diritti riservati

Propagazione del calore Convezione del calore Esperimento sul funzionamento di un sistema di riscaldamento Modello di centrale termica


KR

206


1. Illustrare il funzionamento di un sistema di riscaldamento ad acqua

Setup

- Montare il modello di centrale termica utilizzando l’apposito

materiale di sostegno. - Togliere il tappo e il sistema di tubi dalla caldaia. - Versare acqua nella caldaia e riempirla fino a metà,

aggiungere con la spatola due cucchiai di segatura. - Chiudere la caldaia con il tappo e collegare il sistema di

tubi. - Posizionare verticalmente il modello di centrale termica

utilizzando le viti di regolazione della base di appoggio. - Togliere il tappo dal riscaldatore. - Con l’imbuto, versare acqua nel tubo di compensazione

fino a riempire completamente il riscaldatore. - Chiudere il riscaldatore con il tappo.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Riscaldare lentamente la caldaia con il bruciatore ed

osservare il movimento della segatura.

Osservazione Aumentando la temperatura dell’acqua, la segatura esce dalla caldaia attraverso l’apertura superiore e comincia a salire fino a raggiungere il riscaldatore. In questo modo, si può osservare la circolazione dell’acqua; infatti, la segatura esce dal riscaldatore attraverso il tubo inferiore e torna di nuovo nella caldaia.

Valutazione dei risultati L’acqua riscaldata nella caldaia si espande. La sua densità diminuisce e quindi comincia a salire lungo il tubo fino a raggiungere il riscaldatore. Poiché la superficie del riscaldatore è molto grande, l’acqua che si trova al suo interno si raffredda rapidamente a causa del trasferimento di calore verso l’esterno. L’acqua aumenta di densità e quindi torna di nuovo nella caldaia. La differenza di temperatura tra l’acqua contenuta nella caldaia e l’acqua che si trova nel riscaldatore determina la propagazione del calore per convenzione all’interno del modello di centrale termica. Alla propagazione del calore per convezione si accompagna uno spostamento di materiale (segatura).

1 modello di centrale termica............................... 389 20 1 asta di sostegno, 75 cm.................................... 300 43 1 morsetto Leybold .............................................. 301 01 1 base di appoggio a V, 20 cm ............................ 300 02 1 bruciatore a cartuccia tipo DIN.......................... 666 714 1 becher graduato, 1000 ml ................................. 604 211 1 spatola .............................................................. 666 966


Diritti riservati

Propagazione del calore Radiazione del calore Assorbimento del calore di radiazione Sensori per radiazione


KR

206


1. Analisi dell’assorbimento del calore di radiazione da parte di una superficie nera e di una superficie metallica lucida

Setup

Apparecchiatura

Nota: Al posto del bruciatore, si possono usare altre sorgenti di calore (lampade alogene, lampade ad incandescenza oppure lampade a raggi infrarossi).

Esecuzione dell’esperimento - Attendere che la temperatura si mantenga costante.

- Leggere sul display la temperatura iniziale 0ϑ dei due sensori per radiazione e prendere nota di questo valore.

- Mettere il bruciatore di fronte ai sensori per radiazione e posizionarlo ad una distanza di circa 15 cm da ciascuno di essi.

- Osservare sul display la variazione di temperatura, dopo 120 s leggere la temperatura raggiunta da ciascun sensore.

Esempio di misura Durata della misura: 120 s

Sensore per radiaz.

Temperatura 0ϑ in °C

Temperatura ϑ in °C

Aumento di temper. ϑ∆ in °C

Metallico

lucido 26.5 27.6 1.1

Nero 26.5 37.2 10.7

Valutazione dei risultati A parità di calore di radiazione, si nota che sul sensore nero si ha un aumento di temperatura maggiore di quello del sensore di metallo lucido. Questo significa che il sensore nero assorbe maggiormente il calore di radiazione. Sul sensore metallico lucido, invece, la maggior parte del calore di radiazione viene riflesso.

1 coppia di sensori per radiazione ....................... 384 531 2 sensori di temperatura, NiCr-Ni ........................ 666 193 2 box di temperatura............................................ 524 045 1 Sensor-CASSY................................................. 524 010 1 CASSY-Display................................................. 524 020 1 bruciatore a cartuccia tipo DIN.......................... 666 714 1 base di appoggio a V, 20 cm ............................ 300 02 1 asta di sostegno, 75 cm.................................... 300 43 2 morsetti Leybold ............................................... 301 01 2 aste di sostegno, isolate ................................... 590 13 4 spinotti a molla grande...................................... 591 21


Diritti riservati

Propagazione del calore Radiazione del calore Emissione del calore Cubo di Leslie


KR

207

Oggetto dell’esperimento 1. Analisi dell’emissione di calore da parte dei corpi con superficie di caratteristiche diverse

Setup

Norme di sicurezza: Se si vuole spostare il cubo quando è pieno d’acqua calda, bisogna usare un pezzo di stoffa oppure un paio di guanti antitermici. Nota relativa alla misura dell’intensità: La termopila è formata da più termocoppie collegate in serie. In presenza del calore irradiato da un corpo, le termocoppie generano una tensione termica U proporzionale all’intensità di calore emesso dal corpo. Durante la misura, non toccare la termopila e proteggerla dalla presenza di altre sorgenti di calore, per esempio dalla luce solare o da eventuali radiatori termici.

Preparazione della misura d’intensità: - Mettere in funzione CASSY-Display collegato a Sensor-

CASSY. - Inserire il µV box in Input A. - Disattivare la visualizzazione di Input B con il tasto NEXT

(CASSY). - Collegare la termopila a µV box è posizionarla distante dal

cubo. - Se necessario, eseguire l’azzeramento, con il tasto

OFFSET (CALIBRATION).

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Riscaldare 1 l d’acqua con il riscaldatore ad immersione

fino a circa 100 °C. - Appoggiare il cubo sul laborboy e riempirlo con acqua

calda. - Mettere la termopila di fronte alla superficie nera del cubo

ad una distanza di circa 3 cm. - Togliere la finestra di protezione della termopila. - Quando il valore segnalato da CASSY-Display risulta

costante, leggere la tensione termica U. - Ruotare il cubo e posizionare la faccia bianca di fronte alla

termopila (mantenere sempre la distanza di 3 cm). - Leggere di nuovo la tensione termica U. - Ripetere il procedimento con le altre facce del cubo.

Esempio di misura Distanza della termopila: s = 3 cm

Superficie U in mV

Laccata nera 2.65

Laccata bianca 2.58

Metallica opaca 0.24

Metallica lucida 0.13

Valutazione dei risultati Un corpo caldo emette calore. L’intensità del calore emesso dipende dalle caratteristiche della superficie. Nel caso in cui le superfici del corpo sono nere o bianche, l’intensità del calore emesso è molto maggiore rispetto al caso in cui la superficie è metallica opaca o metallica lucida. L’intensità del calore emesso dai corpi metallici lucidi è minore di quella emessa dai corpi metallici opachi.

1 cubo di Leslie ..................................................... 389 26 1 termopila di Moll................................................. 557 36 1 µV box................................................................ 524 040 1 Sensor-CASSY .................................................. 524 010 1 CASSY-Display.................................................. 524 020 1 coppia di cavi, 100 cm, rosso/blu ....................... 501 46 1 riscaldatore ad immersione................................ 303 25 1 becher di plastica, 1000 ml ................................ 590 06 1 imbuto ................................................................ 602 670 1 laborboy II .......................................................... 300 76 1 asta di sostegno, 10 cm ..................................... 300 40 1 morsetto universale............................................ 666 615 1 zoccolo............................................................... 300 11 Si raccomanda: 1 paio di guanti antitermici .................................... 667 614


Diritti riservati

Variazioni dello stato di aggregazione Fusione e solidificazione Determinazione della temperatura di fusione e di solidificazione Lega di Wood


KR

208


1. Determinazione della temperatura di fusione e di solidificazione della lega di Wood

Setup

- Mettere la lega di Wood nella provetta.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Tenere la provetta immersa in un bagno d’acqua e

riscaldarla fino a quando la lega di Wood comincia a fondere (lungo le pareti della provetta si nota la presenza di un liquido metallico-lucido).

- Leggere sul display la temperatura di fusione mϑ e inserire questo valore nella tabella.

- Lasciare fondere completamente la lega di Wood. - Terminata la fusione, togliere la provetta dal bagno d’acqua

e mescolare con il sensore di temperatura fino a quando la lega di Wood comincia a solidificare (lungo le pareti della provetta si nota la presenza di un metallo di colore scuro).

- Leggere sul display la temperatura di solidificazione sϑ e inserire questo valore nella tabella.

Esempio di misura

Temperatura di fusione mϑ in °C

Temperatura di solidificaz. sϑ in °C

68 68

Valutazione dei risultati La temperatura in cui lo stato di aggregazione di una sostanza passa dallo stato solido allo stato liquido si chiama temperatura di fusione. La temperatura in cui lo stato di aggregazione di una sostanza passa dallo stato liquido allo stato solido si chiama temperatura di solidificazione. Le temperature di fusione e di solidificazione di una sostanza sono uguali. Nel caso della lega di Wood, si ha: Csm °== 68ϑϑ . 1 lega di Wood..................................................... 675 4200

1 sensore di temperatura NiCr-Ni ........................ 666 193 1 box di temperatura............................................ 524 045 oppure 1 sensore di temperatura S ................................. 524 044 1 Sensor-CASSY................................................. 524 010 1 CASSY-Display ................................................ 524 020 1 bruciatore a cartuccia tipo DIN ......................... 666 714 1 becher, 400 ml.................................................. 664 131 1 provetta ....................................................da 664 045 1 base di appoggio a V, 20 cm ............................ 300 02 1 asta di sostegno, 100 cm.................................. 300 44 2 morsetti Leybold ............................................... 301 01 1 pinza universale................................................ 666 555 1 anello di sostegno con gambo, 100 mm ........... 666 573 1 retino metallico, 120 x 120 mm......................... 608 120 1 coltello .............................................................. 667 018 1 agitatore di vetro............................................... 602 782


Diritti riservati

Variazioni dello stato di aggregazione Ebollizione e condensazione Riscaldamento dell’acqua fino all’ebollizione Sensor-CASSY e PC


KR

208

Oggetto dell’esperimento 1. Osservazione del riscaldamento dell’acqua fino all’ebollizione 2. Registrazione del diagramma temperatura-tempo

Setup

Preparazione della misura di temperatura: - Mettere in funzione Sensor-CASSY. - Collegare il sensore di temperatura S ad Input A. - Avviare CASSY Lab. - Eseguire i seguenti settaggi:

Settaggi ingresso sensore: Grandezza da misurare: temperatura Aϑ Range di misura: 0 °C – 120 °C Acquisizione dati: valori istantanei Zero: sinistra Parametri di misura: Registrazione Automatica Intervallo: 30 s Valutazione: Visualizzazione Dati Mostra i Valori

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Avviare la misura con CASSY Lab e scaldare l’acqua con il

bruciatore a cartuccia fino a portarla in ebollizione. Durante il riscaldamento, mescolare l’acqua continuamente.

- Osservare il processo di riscaldamento e registrare i dati.

Osservazione ed esempio di misura - A circa 50 °C, si formano le prime bollicine d’aria che risalgono

lungo le pareti del becher fino a raggiungere la superficie. - A circa 85 °C, sul fondo del becher si formano bolle di vapore più

grandi. - A 100 °C, le bolle di vapore salgono verso la superficie.

Tempo t in min Temperatura Aϑ in °C

0.5 25.0 1.0 31.4 1.5 38.4 2.0 45.0 2.5 51.1 3.0 57.6 3.5 63.6 4.0 69.5 4.5 75.0 5.0 80.5 5.5 85.5 6.0 90.7 6.5 94.5 7.0 97.9 7.5 99.5 8.0 100.0 8.5 100.0 9.0 100.0 9.5 100.0 10.0 100.0


0 2 4 6 8 10 t in min20

40

60

80

100

ϑ A in oC

Fornendo calore ad una quantità d’acqua, la sua temperatura aumenta continuamente fino a raggiungere la temperatura di ebollizione. Raggiunta l’ebollizione, la temperatura rimane costante anche se si continua a fornire calore. L’acqua comincia ad evaporare.

Nota: La temperatura di ebollizione dipende dalla pressione. Alla pressione di circa 1013 hPa, la temperatura di ebollizione dell’acqua è 100°C.

1 sensore di temperatura S............................................. 524 044 1 Sensor-CASSY ............................................................ 524 010 1 CASSY Lab .................................................................. 524 200 1 becher, 400 ml ............................................................. 664 131 1 agitatore di vetro ....................................................... 602 782 1 bruciatore a cartuccia tipo DIN..................................... 666 714 1 base di appoggio a V, 20 cm........................................ 300 02 1 asta di sostegno, 75 cm ............................................... 300 43 2 morsetti Leybold........................................................... 301 01 1 pinza universale ........................................................... 666 555 1 anello di sostegno con gambo, 100 mm ...................... 666 573 1 retino metallico, 120 x 120 mm.............................. 608 120 1 polvere colorata solubile in acqua, rossa..................... 309 42


Diritti riservati

Variazioni dello stato di aggregazione Ebollizione e condensazione Ebollizione al diminuire della pressione Diminuzione della pressione con la pompa per il vuoto


KR

208


1. Determinazione della temperatura di ebollizione dell’acqua al diminuire della pressione

Setup

Norma di sicurezza: Far bollire l’acqua solo per poco tempo poiché il vapore acqueo che viene fatto circolare dalla pompa per il vuoto immette delle impurità nell’olio della pompa. Per questo motivo, la pompa deve funzionare con un separatore di gas.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Versare nel becher circa 700 ml d’acqua alla temperatura

di circa 65 °C ed immergere il termometro. - Mettere il becher sul piatto per esperimenti nel vuoto e

coprirlo con la campana per pompa pneumatica.

- Fare il vuoto all’interno della campana. - Osservare l’acqua contenuta nel becher. - Quando l’acqua comincia a bollire, leggere la temperatura

di ebollizione ϑb e la pressione pb. - Fare il vuoto nella campana con la valvola di aspirazione

della pompa.

Esempio di misura

Temp. di ebollizione bϑ in °C Pressione bp in hPa 60 200

Valutazione dei risultati La temperatura di ebollizione dell’acqua dipende dalla pressione. Se la pressione è minore della pressione atmosferica (1013 hPa), l’acqua comincia a bollire ad una temperatura inferiore a 100 °C.

Tabella dei valori:

Temp. di ebollizione bϑ in °C Pressione bp in hPa 100 1013.3 80 473.4 60 199.2 40 73.8 20 23.4

1 pompa per il vuoto a cassetto ruotante S 1.5..... 378 73 1 manometro di Bourdon, DN 16 KF..................... 378 510 1 valvola di ventilazione con DN 10 KF ................ 378 771 1 elemento a croce DN 16 KF............................... 378 015 1 flangia piccola DN 16 KF con portagomma........ 378 031 3 anelli di centraggio DN 16 KF ............................ 378 045 1 anello di centraggio (adattatore) DN 10/16 KF... 378 040 4 anelli di centraggio DN 10/16 KF ....................... 378 050 1 piatto per esperimenti nel vuoto......................... 378 89 1 campana per la pompa pneumatica................... 378 561 1 tubo per il vuoto ................................................. 307 68 1 becher di plastica, 1000 ml ................................ 590 06 1 termometro chimico ........................................... 666 160 1 riscaldatore ad immersione................................ 303 25


Diritti riservati

Variazioni dello stato di aggregazione Ebollizione e condensazione Distillazione Vino rosso


KR

208

Oggetto dell’esperimento 1. Dimostrare la separazione dell’alcool puro per distillazione del vino rosso

Setup

Norma di sicurezza: L’alcool è facilmente infiammabile: Prima di togliere il ponte per distillazione, chiudere l’erogazione di gas nel bruciatore a cartuccia.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Fissare il fiasco distillatore (fiasco a fondo sferico di 250 ml)

e il fiasco raccoglitore (fiasco a fondo sferico di 100 ml) con le pinze universali.

- Riempire metà fiasco distillatore con vino rosso e collegarlo al fiasco raccoglitore con il ponte per distillazione.

- Raffreddare il ponte per distillazione. - Riscaldare lentamente il vino rosso riducendo la fiamma del

bruciatore. - Osservare cosa avviene durante l’esperimento. - Arrestare la distillazione alla temperatura di 90°C e

chiudere l’erogazione di gas nel bruciatore a cartuccia. - Togliere il ponte per distillazione, prelevare 8 gocce di vino

rosso dal fiasco distillatore ed 8 gocce di distillato e raccoglierle, rispettivamente, in due vetri da orologio.

- Bruciare con un fiammifero i campioni raccolti nei due vetri da orologio ed osservare cosa avviene.

- Sentire l’odore del distillato.

Osservazione Quando si riscalda il vino rosso, il vapore ottenuto tende a salire. A causa del raffreddamento, il vapore condensa all’interno del ponte per distillazione. Il distillato che si ottiene in questo modo gocciola all’interno del fiasco raccoglitore. Terminata la distillazione, il vino residuo mantiene il proprio colore rosso, mentre il distillato risulta incolore. Quando si bruciano i due campioni con un fiammifero, il distillato prende fuoco, mentre il vino non evidenzia alcuna reazione. L’odore del distillato sta ad indicare che si tratta di alcool puro.

Valutazione dei risultati Mediante distillazione, si può separare una sostanza dall’altra: Il vino rosso è una soluzione formata da acqua, alcool, zucchero e sostanze coloranti. Alla temperatura di circa 78°C, comincia a bollire l’alcool e il suo vapore tende a salire. Quando il vapore giunge all’interno del ponte per distillazione si raffredda e l’alcool puro, in gran parte separato dall’acqua, gocciola dentro il raccoglitore.

1 ponte per distillazione ........................................ 665 338 1 fiasco a fondo sferico, 250 ml ............................ 664 301 1 fiasco a fondo sferico, 100 ml ............................ 664 300 1 termometro chimico ........................................... 666 160 1 bruciatore a cartuccia tipo DIN........................... 666 714 1 tubo di gomma...........................................da 667 181 2 piedi di sostegno MF.......................................... 301 21 4 aste di sostegno, 50 cm..................................... 301 27 3 morsetti Leybold ................................................ 301 01 2 pinze universali .................................................. 666 555 1 anello di sostegno con gambo, 100 mm ........... 666 573 1 retino metallico, 120 x 120 mm.......................... 608 120 1 becher, 100 ml ................................................... 602 022 2 vetri da orologio ................................................. 664 153 2 pipette a goccia..........................................da 665 953 2 cappucci di gomma....................................da 665 954 1 valvola di arresto lubrificata ............................... 661 082 si richiede inoltre: vino rosso 150 ml In mancanza di un rubinetto dell’acqua con tubo relativo edi un canale di scarico, si suggerisce di usare: 1 pompa ad immersione, 12 V .............................. 388 181 1 alimentatore bassa tensione, 230 V................... 521 230 1 becher, 3000 ml ................................................. 664 134


Diritti riservati

Trasformazione dell’energia Trasformazione dell’energia meccanica in energia termica Trasformazione dell’energia durante la compressione dell’aria Termocoppia e CASSY-Display


KR

110

Oggetto dell’esperimento 1. Misura dell’aumento di temperatura in una siringa per gas quando si comprime rapidamente l’aria che vi è contenuta

Setup

Preparazione della siringa: - Attaccare i giunti a vite GL alla siringa e alla termocoppia. - Stringere saldamente il connettore di vetro alla siringa. - Estrarre il pistone fino alla tacca 100 ml. - Avvitare la termocoppia al connettore di vetro.

Preparazione della misura di temperatura: - Mettere in funzione CASSY-Display collegato a Sensor-

CASSY. - Collegare il box di temperatura ad Input A ed inserire la

termocoppia. - Disattivare la visualizzazione di Input B con il tasto NEXT

(CASSY) del display.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Leggere la temperatura T0 su CASSY-Display. - Spingere rapidamente il pistone nella siringa e leggere il

valore della temperatura T1.

Esempio di misura

Temperatura T0 in K

Temperatura T1 in K

Differenza di temperatura T∆ in K

296.4 305 8.6 K

Valutazione dei risultati Quando l’aria che si trova all’interno di una siringa per gas viene compressa rapidamente, subisce un aumento di temperatura. L’energia meccanica fornita mediante potenza muscolare, si trasforma in energia termica dell’aria.

1 siringa per gas, 100 ml ..................................... 665 912 1 connettore di vetro CPS.................................... 667 312 1 serie di guarnizioni di silicone ........................... 667 306 1 Sensor-CASSY................................................. 524 010 1 CASSY-Display................................................. 524 020 1 box di temperatura............................................ 524 045 1 termocoppia, NiCr-Ni ........................................ 666 216


Diritti riservati

Elettrostatica Cariche elettriche Separazione delle cariche Amplificatore elettrometrico


KR

210

Oggetto dell’esperimento 1. Separazione delle cariche ottenuta urtando fra loro due bacchette per strofinamento

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento Nota: Prima di eseguire l’esperimento, scaricare completamente le bacchette per strofinamento e il bicchiere di Faraday in modo da ottenere risultati esatti. Scaricare completamente le bacchette per strofinamento mo-vendole più volte e velocemente attraverso la fiamma non luminosa del bruciatore a cartuccia. Il bicchiere di Faraday si scarica toccandolo con l’asta di connessione fino a quando il multimetro visualizza una tensione U = 0 V.

- Dopo aver scaricato le bacchette per strofinamento, batter-le più volte tra di loro. Quindi tenerle in mano separate una dall’altra.

- Mettere la bacchetta in PVC nel bicchiere di Faraday in modo che circa un quarto della sua lunghezza si trovi all’interno del bicchiere; osservare la deflessione dell’indice del multimetro.

- Fare la stessa cosa con la bacchetta acrilica. - Mettere contemporaneamente le due bacchette dentro il

bicchiere di Faraday ed osservare di nuovo la deflessione dell’indice del multimetro.

Esempio di misura

Bacchetta per strofinamentto Polarità della carica PVC -

Acrilica + PVC e acrilica 0

Valutazione dei risultati Urtando tra loro due bacchette per strofinamento si ottiene una separazione di cariche elettriche. Durante la separazione delle cariche, gli elettroni si trasferi-scono da una bacchetta (per es. acrilica) all’altra (per es. PVC). Dopo lo strofinamento, la bacchetta che ha perso gli elettroni (acrilica) si carica positivamente. La bacchetta che ha ricevuto gli elettroni (PVC) si carica nega-tivamente. Le polarità delle cariche delle due bacchette sono sempre di segno opposto. Le due cariche hanno lo stesso valore.

1 amplificatore elettrometrico ..................................532 14 1 asta di connessione..............................................532 16 1 bicchiere di Faraday .............................................546 12 1 spina a morsetto ...................................................590 0111 condensatore, 1 nF, STE 2/19..............................578 25 1 condensatore, 10 nF, STE 2/19............................578 10 1 coppia di bacchette per strofinamento..................541 00 1 bruciatore a cartuccia tipo DIN .............................666 7141 multimetro per dimostrazione ...............................531 9051 alimentatore, 450 V, 230 V ...................................522 27 1 coppia di cavi, 50 cm, neri ....................................501 4511 coppia di cavi, 50 cm, rosso/blu............................501 45 1 cavo di collegamento, 50 cm, giallo/verde............500 420


Diritti riservati

Elettrostatica Cariche elettriche Separazione delle cariche Amplificatore elettrometrico e foglio per strofinamento


KR

209

Oggetto dell’esperimento 1. Separazione delle cariche ottenuta per strofinamento di una bacchetta su un foglio 2. Esame della polarità delle cariche presenti su una bacchetta dopo averla strofinata su fogli diversi

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento Nota: Prima di eseguire l’esperimento, scaricare completamente le bacchette per strofinamento e il bicchiere di Faraday in modo da ottenere risultati esatti. Scaricare completamente le bacchette per strofinamento movendole più volte e velocemente attraverso la fiamma non luminosa del bruciatore a cartuccia. Il bicchiere di Faraday si scarica toccandolo con l’asta di connessione fino a quando il multimetro visualizza una tensione U = 0 V.

1. Separazione delle cariche - Strofinare la bacchetta acrilica sul cuoio e metterla nel bicchiere di

Faraday in modo che circa un quarto della sua lunghezza si trovi all’interno del bicchiere; osservare la deflessione dell’indice del multimetro.

- Togliere la bacchetta acrilica dal bicchiere di Faraday. - Scaricare il bicchiere di Faraday, mettere il cuoio sull’apertura del

bicchiere ed osservare la deflessione dell’indice del multimetro. - Togliere il cuoio.

2. Polarità delle bacchette per strofinamento - Strofinare una dopo l’altra la bacchetta acrilica e in PVC sul cuoio

e sulla carta. Di volta in volta, mettere le varie bacchette nel bicchiere di Faraday in modo che circa un quarto della loro lunghezza si trovi all’interno del bicchiere.

- Osservare la deflessione dell’indice del multimetro e rilevare di volta in volta la polarità della carica delle bacchette.

Esempio di misura

1. Polarità della bacchetta e del foglio per strofinamento dopo la separazione delle cariche

Bacchetta per strofinamento

Polarità della bacchetta

Foglio per strofinamento

Polarità del foglio

Acrilica - Cuoio +

2. Polarità delle bacchette dopo averle strofinate su fogli di materiale diverso

Bacchetta per strofinamento

Foglio per strofinamento

Polarità della bacchetta

Acrilica Polietilene +

PVC Polietilene +

Acrilica Cuoio -

PVC Cuoio -

Acrilica Carta +

PVC Carta -

Valutazione dei risultati Strofinando una bacchetta su un foglio si ottiene una separazione di cariche elettriche. Durante la separazione delle cariche, gli elettroni si trasferiscono da un corpo all’altro (bacchetta o foglio). Dopo lo strofinamento, il corpo che ha perso gli elettroni (bacchetta o foglio) si carica positivamente. Il corpo che ha ricevuto gli elettroni (bacchetta o foglio) si carica negativamente. Le polarità delle cariche della bacchetta e del foglio corrispondente sono sempre di segno opposto. La polarità della carica presente sulla bacchetta e della carica presente sul foglio dipende dal materiale.

1 amplificatore elettrometrico .........................................532 14 1 asta di connessione ....................................................532 16 1 bicchiere di Faraday....................................................546 12 1 spina a morsetto..........................................................590 011 1 condensatore, 1 nF, STE 2/19 ....................................578 25 1 condensatore 10 nF, STE 2/19 ...................................578 10 1 coppia di bacchette per strofinamento ........................541 00 1 cuoio............................................................................541 21 1 foglio per strofinamento in polietilene..........................200 70 7501 bruciatore a cartuccia tipo DIN....................................666 714 1 multimetro per dimostrazione......................................531 905 1 alimentatore, 450 V, 230 V..........................................522 27 1 coppia di cavi, 50 cm, neri...........................................501 451 1 coppia di cavi, 50 cm, rosso/blu ..................................501 45 1 cavo di collegamento, 50 cm, giallo/verde ..................500 420


Diritti riservati

Elettromagnetismo e induzione Trasformatore Modello di trasformatore per alta corrente Fusione di un chiodo


KR

206

Oggetto dell’esperimento 1. Dimostrare l’effetto riscaldante di un trasformatore per alta corrente

Setup

Negli esperimenti in cui si utilizzano bobine di 5 spire si ha un elevato sviluppo di calore: - Per questo motivo, bisogna appoggiare il trasformatore per

alta corrente su un tavolo resistente al calore oppure inserire una piastra protettiva (667104) sotto i morsetti di fissaggio del chiodo.

- Limitare la durata dell’esperimento a circa 30 s.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Inserire il chiodo di ferro nei morsetti della bobina sul

secondario. Stringere le viti dei due morsetti. - Alimentare la bobina di 500 spire ed osservare il chiodo

fino a quando raggiunge la fusione.

Nota: Dopo la fusione, è possibile riattaccare le due parti del chiodo spingendole una contro l’altra (in questo caso, togliere l’alimentazione alla bobina di 500 spire).

Osservazione Dopo aver applicato la tensione di alimentazione alla bobina di 500 spire, il chiodo prima diventa incandescente poi fonde.

Valutazione dei risultati Nel trasformatore per alta corrente utilizzato in questo esperimento, il rapporto tra il numero di spire al primario e il

numero di spire al secondario è 1

100 .

A causa dell’elevato rapporto di trasformazione di corrente

(1

2

2

1II

NN

= ) di questo trasformatore, nel secondario circola una

corrente 100 volte maggiore di quella che circola al primario. L’elevata corrente che circola nel secondario determina il forte riscaldamento del chiodo di ferro.

Nota:

Se si vuole misurare la corrente che circola nel primario, si consiglia di utilizzare il circuito dell’esperimento D 3.5.6.4.c.

1 bobina di 500 spire, primario............................. 562 21 1 bobina di 5 spire, secondario ............................ 562 19 1 nucleo ad U con giogo ...................................... 562 11 1 dispositivo di blocco.......................................... 562 12 1 piastra protettiva, 50 x 50 cm............................ 667 104 Si richiede inoltre: 1 chiodo di ferro, circa 3.1 x 80 mm


Diritti riservati

Elettromagnetismo e induzione Trasformatore Modello di trasformatore per alta corrente Forno a induzione


KR

209

Oggetto dell’esperimento 1. Dimostrare il funzionamento di un forno a induzione 2. Misura della corrente al primario e calcolo della corrente al secondario

Setup

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Mettere l’anello da fondere nell’anello del forno a induzione. - Alimentare la bobina di 500 spire, leggere sul multimetro la

corrente al primario ed osservare l’anello da fondere. - Ottenuta la fusione dell’anello, togliere l’alimentazione alla

bobina di 500 spire.

Osservazione Applicata la tensione di alimentazione alla bobina di 500 spire, l’anello comincia a fondere.

Esempio di misura

N1 N2 I1 in A *I2 in A 500 1 1.3 650

*2

112 N

INI

⋅=

Valutazione dei risultati Nel trasformatore per alta corrente utilizzato in questo esperimento, il rapporto tra il numero di spire al primario e il

numero di spire al secondario è 1

500 .

A causa dell’elevato rapporto di trasformazione di corrente

(1

2

2

1II

NN

= ) di questo trasformatore, nel secondario circola una

corrente 500 volte maggiore di quella che circola al primario. L’elevata corrente che circola nell’anello del forno a induzione determina il forte riscaldamento dell’anello da fondere.

1 bobina di 500 spire, primario ...............................562 21 1 anello per forno a induzione ................................562 20 1 anello da fondere.................................................562 32 1 nucleo ad U con giogo.........................................562 11 1 dispositivo di blocco.............................................562 12 1 multimetro per dimostrazione ..............................531 9052 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, neri ..............500 6441 cassetta per circuiti di misura ..............................502 05


Diritti riservati

Fenomeni di conduzione elettrica Conduzione elettrica nei liquidi Cella a combustibile Funzionamento con pannello solare e cella elettrolitica


KR

208


1. Trasformazione dell’energia in una cella a combustibile

Setup

Norma di sicurezza: Mettere gli occhiali di protezione quando si versa la soluzione di idrossido di potassio nella cella elettrolitica e durante la scarica dei gas. Poiché l’idrogeno è fortemente infiammabile, non avvicinarsi al sistema di sperimentazione.

Preparazione della cella a combustibile: - Per inumidire la membrana PEM (Proton Exchange

Membrane), rivolgere verso il basso il lato H2 della cella a combustibile e versare acqua distillata con lo spruzzatore attraverso il tubo d’ingresso del gas.

- Chiudere il tubo d’ingresso del gas 2O con il coperchio di plastica nero, ruotare la cella a combustibile dall’altra parte e versare l’acqua sul lato H2.

- Dopo circa 1-2 minuti, mettere la cella a combustibile in posizione verticale e togliere l’acqua soffiandovi dentro.

- Collegare il motore ad elica alla tensione d’uscita della cella a combustibile.

Preparazione della cella elettrolitica: - Aprire le valvole e versare la soluzione di idrossido di

potassio nel vaso di alimentazione in modo da raggiungere un livello appena sopra le aperture delle valvole.

- Collegare i tubi del gas della cella elettrolitica ai tubi d’ingresso del gas della cella a combustibile (si ottiene O2 sull’elettrodo positivo e H2 su quello negativo!).

Preparazione del pannello solare: - Collegare in serie i due pannelli solari e collegarli a loro

volta alla cella elettrolitica, fare attenzione a rispettare le polarità.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Illuminare i pannelli solari con la lampada per foto o con la

lampada alogena (distanza circa 50 cm). - Inizialmente tenere chiuse le valvole della cella elettrolitica. - Quando all’interno della cella elettrolitica si è formata una

piccola riserva di gas (dopo circa 3-5 minuti), aprire le valvole e osservare l’elica del motore.

Osservazione Se la cella a combustibile è alimentata con una sufficiente quantità di ossigeno e idrogeno, l’elica del motore comincia a girare.

Valutazione dei risultati La cella a combustibile trasforma l’energia chimica in energia elettrica attraverso un processo elettrochimico.

Nota: Con questo sistema sperimentale si ottiene la trasformazione di altre forme di energia:

Pannello solare: energia luminosa energia elettrica Cella elettrolitica: energia elettrica energia chimica Motore: energia elettrica energia meccanica

1 cella a combustibile, PEM.................................. 667 401 1 motore ad elica .................................................. 666 487 1 cella elettrolitica ................................................. 664 432 1 acqua distillata, 1l .............................................. 675 34001 soluzione di idrossido di potassio, 500 ml.......... 672 44101 spruzzatore, 250 ml ........................................... 661 242 1 pannello solare................................................... 664 431 1 coppia di cavi, 100 cm, rosso/blu ....................... 501 46 1 lampada per foto, 1000 W.................................. 450 70 oppure 1 custodia per lampada alogena, 12 V, 50/90 W .. 450 64 1 lampada a incandescenza, 12 V/90 W............... 450 63 1 trasformatore, da 2 a 12 V; 120 W, 230 V.......... 521 25 1 coppia di cavi, 100 cm, rosso/blu ....................... 501 46

1 asta di sostegno, 25 cm ..................................... 300 41 1 morsetto Leybold ............................................... 301 01 1 base di appoggio a V, 20 cm ............................. 300 02


Diritti riservati

Fenomeni di conduzione elettrica Conduzione elettrica nei liquidi Cella a combustibile Funzionamento con modulo solare e unità elettrolitica PEM


KR

208


1. Trasformazione dell’energia in una cella a combustibile

Setup

Norma di sicurezza: Poiché l’idrogeno è fortemente infiammabile, non avvicinarsi al sistema di sperimentazione.

Preparazione della cella a combustibile: - Per inumidire la membrana PEM (Proton Exchange

Membrane), rivolgere verso il basso il lato H2 della cella a combustibile e versare acqua distillata con lo spruzzatore attraverso il tubo d’ingresso del gas.

- Chiudere il tubo d’ingresso del gas 2O con il coperchio di plastica nero, ruotare la cella a combustibile dall’altra parte e versare l’acqua sul lato H2.

- Dopo circa 1-2 minuti, mettere la cella a combustibile in posizione verticale e togliere l’acqua soffiandovi dentro.

- Collegare il motore ad elica alla tensione d’uscita della cella a combustibile.

Preparazione dell’unità elettrolitica: - Versare acqua nell’unità elettrolitica attraverso il foro

centrale in alto fino a raggiungere l’estremo superiore della scala e montarvi sopra il tubo verticale.

- Collegare i tubi del gas della cella elettrolitica ai tubi d’ingresso della cella a combustibile in corrispondenza dei relativi contrassegni.

Preparazione del modulo solare: - Montare il modulo solare sull’apposito sostegno e

collegarlo all’unità elettrolitica facendo attenzione a rispettare le polarità.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Illuminare il modulo solare con la lampada per foto o con la

lampada alogena (distanza circa 50 cm). - Bloccare i tubi di collegamento tra l’unità elettrolitica la cella

a combustibile mediante i due morsetti a tubo. - Quando all’interno dell’unità elettrolitica si è formata una

piccola riserva di gas (dopo circa 5-10 minuti), aprire le valvole e osservare l’elica del motore.

Osservazione Se la cella a combustibile è alimentata con una sufficiente quantità di ossigeno e idrogeno, l’elica del motore comincia a girare.

Valutazione dei risultati La cella a combustibile trasforma l’energia chimica in energia elettrica attraverso un processo elettrochimico.

Nota: Con questo sistema sperimentale si ottiene la trasformazione di altre forme di energia:

Modulo solare: energia luminosa energia elettrica Unità elettrolitica: energia elettrica energia chimica Motore: energia elettrica energia meccanica

1 cella a combustibile S, PEM .............................. 667 40421 unità elettrolitica S, PEM.................................... 667 40432 morsetti a tubo, Hofmann, 12 mm...................... 608 150 1 acqua distillata, 1l .............................................. 675 34001 modulo solare .................................................... 578 623 1 motore ad elica .................................................. 666 487 1 sezione di pannello a spina................................ 576 71 1 serie di 5 cavetti adattatori, 30 cm ..................... 571 26 1 lampada per foto, 1000 W.................................. 450 70 oppure 1 custodia per lampada alogena, 12 V, 50/90 W .. 450 64 1 lampada a incandescenza, 12 V/90 W............... 450 63 1 trasformatore, 2 to 12 V; 120 W, 230 V.............. 521 25 1 coppia di cavi, 100 cm, rosso/blu ....................... 501 46 1 asta di sostegno, 25 cm ..................................... 300 41 1 morsetto Leybold ............................................... 301 01 1 base di appoggio a V, 20 cm ............................. 300 02


Diritti riservati

Fenomeni di conduzione elettrica Conduzione elettrica nel vuoto Emissione termoionica Tubo di Perrin


KR

208

Oggetto dell’esperimento 1. Dimostrare l’emissione di portatori di carica dal catodo caldo del tubo di Perrin 2. Verificare la polarità negativa dei portatori di carica

Setup

Norme di sicurezza: Durante il funzionamento del tubo di Perrin, è pericoloso venire a contatto con le tensioni applicate! Il tubo di Perrin si può danneggiare con tensioni e correnti troppo elevate e se i collegamenti non sono corretti (per informazioni sui collegamenti e sui dati tecnici, vedere la scheda istruzioni 555 622).

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento Nota: Quando si esegue questo esperimento, bisogna tenere presenti i risultati dell’esperimento D 3.1.2.1.a (separazione delle cariche per contatto).

1. Emissione dei portatori di carica dal catodo caldo del tubo di Perrin - Riscaldare il catodo con l’alimentatore ad alta tensione. - Aumentare lentamente la tensione applicata tra anodo e catodo da

0 kV a 5 kV e contemporaneamente osservare lo schermo. - Togliere per qualche istante la tensione di riscaldamento del cato-

do staccando il cavo di collegamento da F1. - Osservare lo schermo ed inserire nuovamente il cavo in F1. - Collegare l’alimentatore bassa tensione alle bobine di Helmholtz

ed aumentare la tensione fino a quando la traccia luminosa spari-sce dallo schermo e va a colpire il bicchiere di Faraday. Contem-poraneamente, osservare l’elettroscopio.

- Togliere l’alimentazione a bassa tensione.

2. Verifica della polarità negativa dei portatori di carica - Scaricare le bacchette battendole più volte fra di loro. - Strofinare l’elettroscopio con la bacchetta acrilica (carica positiva-

mente). - Battere ripetutamente le bacchette fra di loro e strofinare

l’elettroscopio con la bacchetta acrilica. Osservare cosa avviene sull’elettroscopio.

Ripetere i punti 1 e 2 dell’esperimento con la bacchetta in PVC (carica negativamente).

Osservazione Dopo aver applicato la tensione di riscaldamento, il catodo diventa incandescente. Se aumenta la tensione applicata tra anodo e catodo, sullo schermo del tubo di Perrin appare una traccia luminosa verde. Quando si toglie la tensione di riscaldamento del catodo, la traccia luminosa sparisce. Se aumenta la tensione applicata alle bobine di Helmholtz, la traccia luminosa si sposta verso l’alto; ad una tensione di circa 2-3 V, la traccia colpisce il bicchiere di Faraday. Quando la traccia luminosa colpisce il bicchiere di Faraday, si nota una deflessione dell’indice dell’elettroscopio. Se la tensione applicata alle bobine di Helmholtz diminuisce, la traccia luminosa torna ad essere visibile. L’indice dell’elettroscopio mantiene la deflessione. Quando si strofina l’elettroscopio con la bacchetta acrilica carica positivamente, la deflessione dell’indice diminuisce. Quando si strofina l’elettroscopio con la bacchetta in PVC carica negativamente, la deflessione dell’indice aumenta..

Valutazione dei risultati Riscaldando il catodo del tubo di Perrin, dalla sua superficie si ha una emissione di portatori di carica. Applicando una tensione tra anodo e catodo, i portatori di carica vengono accelerati; quando colpiscono lo schermo fluorescente, generano una traccia luminosa. Quando i portatori di carica giungono all’interno del bicchiere di Fara-day, esso si carica a sua volta; questo si può vedere dalla deflessione dell’indice dell’elettroscopio. Poiché l’elettroscopio si scarica quando si trova a contatto con una bacchetta carica positivamente, vuol dire che i portatori di carica emessi dal catodo sono carichi negativamente (elettroni). L’emissione di elettroni da parte di una superficie metallica incande-scente, si chiama emissione termoionica.

1 tubo di Perrin................................................................. 555 622 1 tubo di sostegno............................................................ 555 600 1 coppia di bobine di Helmholtz ....................................... 555 604 1 elettroscopio.................................................................. 540 091 1 coppia di bacchette per strofinamento, PVC e acrilica . 541 00 1 bruciatore a cartuccia tipo DIN...................................... 666 714 1 zoccolo .......................................................................... 300 11 1 alimentatore alta tensione 10 kV, 230 V ....................... 521 70 1 alimentatore DC 0-16 V, 5 A ......................................... 521 545 2 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, rossi ...................... 500 641 2 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, blu ......................... 500 642 3 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, neri........................ 500 644 1 cavo a norma di sicurezza, 50 cm, rosso...................... 500 621 1 cavo a norma di sicurezza, 25 cm, rosso...................... 500 611 1 cavo a norma di sicurezza, 25 cm, blu.......................... 500 612


Diritti riservati

Fenomeni di conduzione elettrica Conduzione elettrica nel vuoto Emissione termoionica Diodo per dimostrazione


KR

209

Oggetto dell’esperimento 1. Dimostrare l’emissione di portatori di carica dal catodo caldo di un diodo 2. Verificare la polarità negativa dei portatori di carica

Setup

Norme di sicurezza: Durante il funzionamento del diodo, è pericoloso venire a contatto con le tensioni applicate! Il diodo si può danneggiare con tensioni e correnti troppo elevate e se i collegamenti non sono corretti. Tenere presenti le informazioni sui collegamenti e sui dati tecnici fornite nella scheda istruzioni 555 610.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento 1. Emissione dei portatori di carica dal catodo caldo del diodo: - Collegare l’alimentatore ed applicare tra anodo e catodo

una tensione anodica AU di 300 V (anodo +, catodo -). Ini-zialmente, non applicare al catodo la tensione di riscalda-mento FU .

- Osservare la deflessione dell’indice dell’amperometro.

- Collegare il catodo all’alimentatore e regolare la tensione di riscaldamento su un valore FU di 4.5 V.

- Osservare la deflessione dell’indice dell’amperometro e leggere il valore della corrente anodica.

- Ripetere l’esperimento con tensioni di riscaldamento di valore diverso.

2. Verifica della polarità negativa dei portatori di carica: - Applicare al catodo una tensione di riscaldamento FU di

circa 6 V. - Cambiare la polarità della tensione anodica AU (catodo +,

anodo -). - Osservare la deflessione dell’indice dell’amperometro.

Esempio di misura

Tensione di riscald. FU in V Corrente anodica AI in mA

0 0

4.5 0.5

5.0 1.0

5.5 2.0

6.0 4.0

6.5 8.5

7.0 15.0

7.5 22.5

Valutazione dei risultati Quando si riscalda il catodo mediante la tensione FU , dalla sua superficie si ha una emissione di portatori di carica. L’emissione di elettroni da parte di una superficie metallica incandescente, si chiama emissione termoionica. Applicando la tensione anodica AU (catodo -, anodo +), i portatori di carica vengono accelerati verso l’anodo. Tra anodo e catodo circola la corrente anodica AI . Il valore della corrente anodica AI dipende dalla tensione di riscaldamento FU applicata al catodo. Maggiore è il valore della tensione di riscaldamento e maggio-re è il numero dei portatori di carica emessi dalla superficie del catodo. Più alto è il numero dei portatori di carica emessi, maggiore è il valore della corrente anodica AI . Se si inverte la polarità della tensione applicata tra anodo e catodo (catodo +, anodo -), non c’è più circolazione della corrente anodica AI . Questo significa che i portatori di carica emessi dal catodo sono carichi negativamente.

1 diodo per dimostrazione ......................................555 6101 tubo di sostegno ..................................................555 6002 multimetri per dimostrazione................................531 9051 alimentatore per tubi, 0 ... 500 V, 230 V ..............521 65 4 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, rossi .............500 6413 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, blu................500 642


Diritti riservati

Fenomeni di conduzione elettrica Conduzione elettrica nel vuoto Effetto fotoelettrico Elettroscopio


KR

209


1. Dimostrare l’emissione di elettroni dalla superficie di un elettrodo di zinco illuminato con una radiazione UV

Setup

Norme di sicurezza: Le radiazioni UV danneggiano la retina: Non guardare mai direttamente la radiazione emessa da una lampada a vapori di mercurio. In caso di uso continuato, la custodia della lampada a vapori di mercurio si riscalda ad una temperatura maggiore di 100 °C. Quando la lampada è accesa, toccare solo lo zoccolo.

- Mettere sotto tensione la lampada a vapori di mercurio e attendere per circa 5 minuti.

- All’inizio, non dirigere la radiazione verso il sistema sperimentale.

- Scartavetrare l’elettrodo di zinco prima d’inserirlo nel sistema sperimentale.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento Prima di eseguire questo esperimento, bisogna tenere presenti i risultati dell’esperimento D 3.1.2.1.b (separazione delle cariche per strofinamento).

- Strofinare la bacchetta acrilica con il cuoio e trasferire le cariche all’elettroscopio.

- Se necessario, ripetere questo procedimento in modo che la deflessione dell’indice dell’elettroscopio sia ben visibile.

- Dirigere la radiazione UV verso l’elettrodo di zinco ed osservare la deflessione dell’indice dell’elettroscopio.

- Strofinare la bacchetta acrilica con il foglio di polietilene e ripetere l’esperimento.

Osservazione Se l’elettrodo di zinco collegato all’elettroscopio è carico negativamente e si invia su di esso una radiazione UV, la deflessione dell’indice dell’elettroscopio diminuisce. Se l’elettrodo di zinco collegato all’elettroscopio è carico positivamente e si invia su di esso una radiazione UV, la deflessione dell’indice dell’elettroscopio non cambia.

Valutazione dei risultati Quando si invia sull’elettrodo di zinco una radiazione UV, dalla superficie dell’elettrodo si ha una emissione di elettroni. Questo provoca una perdita di cariche da parte dell’elettrodo per cui la deflessione dell’indice dell’elettroscopio diminuisce. L’emissione di elettroni da parte di una superficie metallica illuminata da un raggio di luce, si chiama effetto fotoelettrico.

1 elettrodo di zinco.............................................546 31 1 lampada a vapori di mercurio..........................451 15 1 portalampada E 27, connettore a più pin ........451 19 1 impedenza universale in custodia ...................451 30 1 elettroscopio ...................................................540 091 1 coppia di bacchette, PVC e acrilica.................541 00 1 cuoio ...............................................................541 21 1 foglio per attrito in polietilene ..........................200 70 7501 bruciatore a cartuccia tipo DIN........................666 714 3 zoccoli .............................................................300 11 1 isolatore per esperienze..................................540 52 1 cavo di collegamento, 25 cm, rosso................501 20 1 cavo di collegamento, 100 cm, nero ...............501 33 2 morsetti a coccodrillo ......................................200 72 828Si richiede inoltre: 1 carta vetrata, fine


Diritti riservati

Fenomeni di conduzione elettrica Conduzione elettrica nel vuoto Effetto fotoelettrico Amplificatore elettrometrico


KR

209

Oggetto dell’esperimento 1. Dimostrare l’emissione di elettroni dalla superficie di un elettrodo di zinco illuminato con una radiazione UV

Setup

Norme di sicurezza: Le radiazioni UV danneggiano la retina: Non guardare mai direttamente la radiazione emessa da una lampada a vapori di mercurio. In caso di uso continuato, la custodia della lampada a vapori di mercurio si riscalda ad una temperatura maggiore di 100 °C. Quando la lampada è accesa, toccare solo lo zoccolo. Nel collegare l’amplificatore elettrometrico, tenere presenti le informazioni e i dati tecnici della scheda istruzioni 532 14. Alimentare gli elettrodi con tensioni non pericolose (per es. alimentatore a 450 V (522 27)).

- Mettere sotto tensione la lampada a vapori di mercurio e attendere per circa 5 minuti.

- All’inizio, non dirigere la radiazione verso il sistema sperimentale.

- Scartavetrare l’elettrodo di zinco prima d’inserirlo nel sistema sperimentale.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Applicare agli elettrodi una tensione continua di 450 V

(elettrodo a griglia +, elettrodo di zinco -) tenendo l’asta di connessione in una mano.

- Irradiare l’elettrodo di zinco con la radiazione UV da una distanza di circa 20 cm; la radiazione va inviata attraverso l’elettrodo a griglia.

- Osservare la deflessione dell’indice dello strumento. - Cambiare le polarità degli elettrodi e ripetere l’esperimento.

Osservazione Se l’elettrodo di zinco è carico negativamente e si invia su di esso una radiazione UV, la deflessione dell’indice del multimetro diminuisce. Tra gli elettrodi si ha una circolazione di corrente. Se l’elettrodo di zinco è carico positivamente e si invia su di esso una radiazione UV, non si ha più circolazione di corrente.

Valutazione dei risultati Quando si invia sull’elettrodo di zinco una radiazione UV, dalla superficie dell’elettrodo si ha una emissione di elettroni. Questo fenomeno si chiama effetto fotoelettrico. Si ha circolazione di corrente quando l’elettrodo a griglia è positivo rispetto all’elettrodo di zinco.

1 elettrodo di zinco .................................................546 31 1 elettrodo a griglia.................................................546 33 1 amplificatore elettrometrico .................................532 14 1 asta di connessione ............................................532 16 1 resistenza, 1 GOhm, STE2/19 ............................577 02 1 multimetro per dimostrazione ..............................531 9051 alimentatore, 450 V, 230 V..................................522 27 1 lampada a vapori di mercurio ..............................451 15 1 portalampada E 27, connettore a più pin ............451 19 1 impedenza universale in custodia .......................451 30 2 coppie di cavi, 50 cm, rosso/blu ..........................501 45 1 coppia di cavi, 50 cm, nera..................................501 4511 cavo di collegamento, 50 cm, nero......................501 28 1 laborboy II ...........................................................300 76 1 zoccolo................................................................300 11 Si richiede inoltre: 1 carta vetrata, fine


Diritti riservati

Fenomeni di conduzione elettrica Conduzione elettrica nel vuoto Propagazione rettilinea e deflessione di un fascio elettronico Tubo con croce di Malta


KR

209

Oggetto dell’esperimento 1. Dimostrare la propagazione rettilinea di un fascio elettronico 2. Dimostrare la deflessione di un fascio elettronico in presenza di un campo magnetico

Setup

Norma di sicurezza: Il tubo con croce di Malta si può danneggiare a causa di un collegamento errato ed in presenza di tensioni e correnti troppo elevate. Per i collegamenti e i dati tecnici, tenere presenti le informazioni della scheda istruzioni 555 610.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Applicare la tensione di riscaldamento al catodo, guardare

lo schermo ed aumentare lentamente la tensione anodica fino a 4.5 kV.

- Mettere il magnete su un lato del tubo ed osservare la variazione dell’immagine.

Osservazione Dopo aver applicato al catodo la tensione di riscaldamento, sullo schermo del tubo compare l’ombra della croce di Malta. Se aumenta la tensione anodica, sullo schermo compare una seconda ombra coincidente con la prima. Quando si avvicina il magnete allo schermo, l’ombra risulta distorta.

Valutazione dei risultati I raggi di luce si propagano in linea retta. Per questo motivo, quando si riscalda il catodo, sullo schermo compare l’ombra della croce di Malta. Se si applica una tensione anodica, gli elettroni vengono accelerati verso lo schermo. Alcuni elettroni urtano la croce e sullo schermo compare una seconda ombra. Il fatto che la seconda ombra coincide con la prima, sta ad indicare che il fascio elettronico si propaga in linea retta esattamente come avviene per i raggi di luce. In presenza di un campo magnetico, il fascio elettronico subisce una deflessione.

1 tubo con croce di Malta .......................................555 6201 tubo di sostegno ..................................................555 6001 alimentatore ad alta tensione 10 kV ....................521 70 1 magnete a ferro di cavallo grande con giogo.......510 22 1 cavo a norma di sicurezza, 100 cm, rosso ..........500 6411 cavo a norma di sicurezza, 100 cm, blu ..............500 6422 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, neri ..............500 6441 cavo a norma di sicurezza, 50 cm, rosso ............500 6211 cavo a norma di sicurezza, 25 cm, rosso ............500 611


Diritti riservati

Fenomeni di conduzione elettrica Conduzione elettrica nel vuoto Deflessione di un fascio elettronico in un campo magnetico Tubo di Perrin e magnete permanente


KR

209

Oggetto dell’esperimento 1. Esame della deflessione di un fascio elettronico in presenza del campo magnetico di un magnete permanente

Setup

Norma di sicurezza: Il tubo di Perrin si può danneggiare a causa di un collegamento errato ed in presenza di tensioni e correnti troppo elevate. Per i collegamenti e i dati tecnici, tenere presenti le informazioni della scheda istruzioni 555 622.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento Nota: Il polo magnetico nord del magnete è evidenziato dal colore rosso. - Mettere in funzione l’alimentatore ad alta tensione ed

aumentare la tensione fino a far apparire sullo schermo del tubo di Perrin la traccia luminosa del fascio elettronico.

- Portare il polo nord del magnete sulla sinistra dello schermo ed osservare la deflessione del fascio elettronico.

- Ripetere l’esperimento con il polo magnetico sud.

- Portare il polo nord del magnete sotto lo schermo ed osservare la deflessione del fascio elettronico.

- Ripetere l’esperimento con il polo magnetico sud.

Osservazione

Direzione del campo magnetico

Verso della deflessione del fascio elettronico

→ ↓

← ↑

↑ ←

↓ →

Valutazione dei risultati Se gli elettroni si muovono perpendicolarmente al campo magnetico, su di essi agisce una forza chiamata forza di Lorentz. L’azione della forza di Lorentz si può valutare in base alla deviazione del fascio elettronico rispetto al centro dello schermo. La direzione della forza di Lorentz dipende dalla direzione del campo magnetico.

1 tubo di Perrin .......................................................555 6221 tubo di sostegno ..................................................555 6001 coppia di magneti ................................................510 48 1 alimentatore ad alta tensione 10 kV ....................521 70 1 cavo a norma di sicurezza, 100 cm, rosso ..........500 6411 cavo a norma di sicurezza, 100 cm, blu ..............500 6422 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, neri ..............500 6442 cavi a norma di sicurezza, 25 cm, rossi...............500 611


Diritti riservati

Fenomeni di conduzione elettrica Conduzione elettrica nel vuoto Deflessione di un fascio elettronico in un campo magnetico Tubo di Perrin e bobine di Helmholtz


KR

209

Oggetto dell’esperimento 1. Esame della deflessione di un fascio elettronico nel campo magnetico di due bobine di Helmholtz

Setup


Apparecchiatura Esecuzione dell’esperimento Nota: La direzione del campo magnetico tra le due bobine di Helmholtz si determina con l’ago magnetico. Se si posiziona l’ago magnetico nel campo delle bobine di Helmholtz, il polo dell’ago di colore blu si orienta nella stessa direzione del campo magnetico. - Mettere in funzione l’alimentatore ad alta tensione ed


- Alimentare le bobine di Helmholtz con l’alimentatore DC e regolare la tensione su un valore intermedio.

- Aumentare lentamente la corrente ed osservare la deflessione della traccia luminosa sullo schermo del tubo.

- Posizionare l’ago magnetico nel campo delle bobine di Helmholtz sotto il tubo di Perrin e determinare la direzione del campo magnetico.

- Cambiare la polarità della tensione fornita dall’alimentatore DC e ripetere l’esperimento.

Osservazione

Direzione del campo magnetico

Verso della deflessione del fascio elettronico

← ↑

→ ↓

Se aumenta la corrente che circola nelle bobine di Helmholtz, aumenta anche la deflessione del fascio elettronico. Se si inverte il verso della corrente, si inverte sia la direzione del campo magnetico all’interno delle bobine di Helmholtz sia il verso della deflessione del fascio elettronico.

Valutazione dei risultati Se gli elettroni si muovono perpendicolarmente al campo magnetico, su di essi agisce una forza chiamata forza di Lorentz. L’azione della forza di Lorentz si può valutare in base alla deviazione del fascio elettronico rispetto al centro dello schermo. La direzione della forza di Lorentz dipende dalla direzione del campo magnetico. Il valore della forza di Lorentz dipende dall’intensità del campo magnetico.

1 tubo di Perrin .......................................................555 6221 tubo di sostegno ..................................................555 6001 coppia di bobine di Helmholtz..............................555 6041 alimentatore ad alta tensione 10 kV ....................521 70 1 alimentatore DC, 0...16 V, 0...5 A ........................521 5451 ago magnetico .....................................................531 11 1 base per ago magnetico ......................................513 51 2 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, rossi .............500 6412 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, blu................500 6422 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, neri ..............500 6443 cavi a norma di sicurezza, 25 cm, rossi...............500 6111 cavo a norma di sicurezza, 25 cm, blu ................500 612


Diritti riservati

Fenomeni di conduzione elettrica Conduzione elettrica nel vuoto Deflessione di un fascio elettronico in un campo elettrico Tubo di Perrin


KR

209

Oggetto dell’esperimento 1. Esame della deflessione di un fascio elettronico in un campo elettrico

Setup


Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Mettere in funzione l’alimentatore ad alta tensione ed


- Mediante l’alimentatore 450 V, aumentare lentamente la tensione di deflessione (connettori A +, X -) da 0 V a 350 V ed osservare la deflessione sullo schermo.

- Cambiare la polarità della tensione di deflessione (connettori A -, X +) e ripetere l’esperimento.

Osservazione Quando si applica una tensione alle placche di deflessione, il fascio elettronico devia verso sinistra. Più alto è il valore della tensione applicata alle placche, maggiore è la deflessione del fascio elettronico. Se s’inverte la polarità della tensione, il fascio elettronico devia verso destra.

Valutazione dei risultati Gli elettroni che si muovono all’interno di un campo elettrico sono sottoposti ad una forza. L’azione della forza è evidenziata dalla deviazione del fascio elettronico rispetto al centro dello schermo.. Poiché gli elettroni sono carichi negativamente, l’azione della forza applicata è diretta verso la placca positiva. Il valore della forza che agisce sugli elettroni dipende dall’intensità del campo elettrico.

1 tubo di Perrin .......................................................555 6221 tubo di sostegno ..................................................555 6001 alimentatore ad alta tensione 10 kV ....................521 70 1 alimentatore 450 V ..............................................522 27 2 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, rossi .............500 6412 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, blu................500 6422 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, neri ..............500 6441 cavo a norma di sicurezza, 50 cm, rosso ............500 621


Diritti riservati

Fenomeni di conduzione elettrica Conduzione elettrica nel vuoto Fascio elettronico in un campo elettrico e in un campo magnetico alternati Tubo di Perrin


KR

210

Oggetto dell’esperimento 1. Esame del comportamento di un fascio elettronico sotto l’azione di un campo elettrico e di un campo magnetico alternati

Setup

Norme di sicurezza: Poiché la tensione applicata alla placche di deflessione del tubo di Perrin raggiunge un livello pericoloso, usare cavi di collegamento a norma di sicurezza! Il tubo di Perrin si può danneggiare a causa di un collegamento errato ed in presenza di tensioni e correnti troppo elevate. Per i collegamenti e i dati tecnici, tenere presenti le informazioni della scheda istruzioni 555 622.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento Nota: Per vedere meglio le figure di Lissajous sullo schermo del tubo di Perrin, si consiglia di eseguire l’esperimento in un ambiente poco luminoso. Tenere presenti i risultati degli esperimenti D 3.9.4.4.b (Deflessione di un fascio elettronico in un campo magnetico) e D 3.9.4.5 (Deflessione di un fascio elettronico in un campo elettrico).

- Mettere in funzione l’alimentatore ad alta tensione ed aumentare la tensione fino a far apparire sullo schermo del tubo di Perrin la traccia luminosa del fascio elettronico.

- Per generare il campo magnetico orizzontale alternato, utilizzare il generatore di funzione; regolare la tensione d’uscita su un valore di circa 2.5 V e la frequenza Mf su un valore di circa 1 Hz.

- Osservare la traccia luminosa sullo schermo.

- Aumentare la frequenza Mf fino a circa 50 Hz ed osservare di nuovo la traccia luminosa. Quindi, riportare a 0 V la tensione del generatore di funzione.

- Per generare il campo elettrico orizzontale ( Ef = 50 Hz), utilizzare il trasformatore a tensione variabile; aumentare la tensione lentamente.


- Lasciare inalterato il valore della frequenza Mf ed aumentare la tensione del generatore di funzione fino a circa 2.5 V. Quindi, utilizzare altri valori di frequenza.

- Osservare l’immagine ottenuta sullo schermo.

Osservazione Se si applica alle bobine di Helmholtz una tensione alternata di frequenza Mf = 1 Hz, la traccia luminosa si sposta verticalmente sullo schermo in alto e in basso. Se aumenta il valore della tensione applicata, anche la deflessione della traccia luminosa aumenta sia verso l’alto che verso il basso. Se la frequenza aumenta fino a 50 Hz, sullo schermo si ottiene una linea verticale. Se si applica alle placche di deflessione una tensione alternata di frequenza Ef = 50 Hz, sullo schermo si ottiene una linea orizzontale. Se aumenta il valore della tensione, la linea orizzontale si allunga uniformemente sia verso destra che verso sinistra. Se si applica una tensione alternata di frequenza uguale a 50 Hz sia alla placche di deflessione che alle bobine di Helmholtz, sullo schermo si ottiene un’ellisse ruotante. Se varia la frequenza Mf del generatore di funzione, sullo schermo si ottengono figure di forma diversa.

Valutazione dei risultati Quando un fascio elettronico si muove all’interno di un campo elettrico e di un campo magnetico le cui linee di forza sono parallele fra loro, sullo schermo si ottengono delle figure ruotanti. Queste figure si chiamano figure di Lissajous. Se la frequenza Ef del campo elettrico e la frequenza Mf del campo magnetico sono uguali, la figura di Lissajous è un cerchio o un’ellisse. Se varia il rapporto tra le due frequenze, si ottengono figure di forma diversa. Le dimensioni orizzontale e verticale delle figure di Lissajous dipendono dal valore della tensione applicata alle placche di deflessione e alle bobine di Helmholtz.

Nota: Fissata una scala sullo schermo, con le figure di Lissajous si può determinare l’ampiezza e la frequenza della tensione alternata applicata alle bobine di Helmholtz purché si conosca l’ampiezza e la frequenza della tensione applicata alle placche di deflessione. Quindi, il sistema utilizzato in questo esperimento si comporta come un oscilloscopio.

1 tubo di Perrin................................................................. 555 622 1 tubo di sostegno............................................................ 555 600 1 coppia di bobine di Helmholtz ....................................... 555 604 1 alimentatore ad alta tensione 10 kV.............................. 521 70 1 trasformatore a bassa tensione variabile, 0 ÷ 250 V.... 521 40 1 generatore di funzione S 12 .......................................... 522 621 2 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, rossi ...................... 500 641 2 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, blu ......................... 500 642 2 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, neri........................ 500 644 1 cavo a norma di sicurezza, 50 cm, rosso...................... 500 621 1 cavo a norma di sicurezza, 50 cm, blu.......................... 500 622 2 cavi a norma di sicurezza, 25 cm, rossi ........................ 500 611 1 cavo a norma di sicurezza, 25 cm, blu.......................... 500 612


Diritti riservati

Fenomeni di conduzione elettrica Conduzione elettrica nel vuoto Fascio elettronico in campi magnetici perpendicolari Tubo di Perrin


KR

209

Oggetto dell’esperimento 1. Esame della deflessione di un fascio elettronico in presenza di due campi magnetici perpendicolari

Setup

Norme di sicurezza: Il tubo di Perrin si può danneggiare a causa di un collegamento errato ed in presenza di tensioni e correnti troppo elevate. Per i collegamenti e i dati tecnici, tenere presenti le informazioni della scheda istruzioni 555 622.

Apparecchiatura Esecuzione dell’esperimento Nota: Per vedere meglio le figure di Lissajous sullo schermo del tubo di Perrin, si consiglia di eseguire l’esperimento in un ambiente poco luminoso. Tenere presenti i risultati degli esperimenti D 3.9.4.4.a e D 3.9.4.4.b (Deflessione di un fascio elettronico in un campo magnetico).

- Mettere in funzione l’alimentatore ad alta tensione ed aumentare la tensione fino a far apparire sullo schermo del tubo di Perrin la traccia luminosa del fascio elettronico.

- Per generare il campo magnetico orizzontale alternato, utilizzare il generatore di funzione; regolare la tensione d’uscita su un valore di circa 2.5 V e la frequenza 1f su un valore di circa 1 Hz.


- Aumentare la frequenza 1f fino a circa 50 Hz ed osservare di nuovo la traccia luminosa. Quindi, riportare a 0 V la tensione del generatore di funzione.

- Per generare il campo magnetico verticale ( 2f = 50 Hz), utilizzare il trasformatore a bassa tensione variabile; aumentare la tensione lentamente fino a circa 6 V.


- Lasciare inalterato il valore della frequenza 1f ed aumentare la tensione del generatore di funzione fino a circa 2.5 V. Quindi, utilizzare altri valori di frequenza.

- Osservare l’immagine ottenuta sullo schermo.

Osservazione Se si applica alle bobine di Helmholtz una tensione alternata di frequenza 1f = 1 Hz, la traccia luminosa si sposta verticalmente sullo schermo in alto e in basso. Se aumenta il valore della tensione applicata, anche la deflessione della traccia luminosa aumenta sia verso l’alto che verso il basso. Se la frequenza aumenta fino a 50 Hz, sullo schermo si ottiene una linea verticale. Se si applica alla bobina di 500 spire una tensione alternata di frequenza 2f = 50 Hz, sullo schermo si ottiene una linea orizzontale. Se aumenta il valore della tensione, la linea orizzontale si allunga uniformemente sia verso destra che verso sinistra. Se si applica una tensione alternata di frequenza uguale a 50 Hz sia alla bobina a bassa tensione che alle bobine di Helmholtz, sullo schermo si ottiene un’ellisse ruotante. Se varia la frequenza 1f del generatore di funzione, sullo schermo si ottengono figure di forma diversa.

Valutazione dei risultati Quando un fascio elettronico si muove all’interno di due campi magnetici le cui linee di forza sono perpendicolari fra loro, sullo schermo si ottengono delle figure ruotanti. Queste figure si chiamano figure di Lissajous. Se le frequenze dei due campi magnetici sono uguali, la figura di Lissajous è un cerchio o un’ellisse. Se varia il rapporto tra le due frequenze, si ottengono figure di forma diversa. Le dimensioni orizzontale e verticale delle figure di Lissajous dipendono dal valore della tensione applicata alla bobina a bassa tensione e alle bobine di Helmholtz.

Nota: Fissata una scala sullo schermo, con le figure di Lissajous si può determinare l’ampiezza e la frequenza della tensione alternata applicata alle bobine di Helmholtz purché si conosca l’ampiezza e la frequenza della tensione applicata alla bobina a bassa tensione. Quindi, il sistema utilizzato in questo esperimento si comporta come un oscilloscopio.

1 tubo di Perrin................................................................. 555 622 1 tubo di sostegno............................................................ 555 600 1 coppia di bobine di Helmholtz ....................................... 555 604 1 alimentatore ad alta tensione 10 kV.............................. 521 70 1 trasformatore a bassa tensione S ................................. 521 35 1 generatore di funzione S 12 .......................................... 522 621 1 bobina di 500 spire........................................................ 562 14 1 serie di blocchi di sostegno........................................... 300 761 2 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, rossi ...................... 500 641 2 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, blu ......................... 500 642 2 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, neri........................ 500 644 2 cavi a norma di sicurezza, 50 cm, rossi ........................ 500 621 2 cavi a norma di sicurezza, 50 cm, blu ........................... 500 622 2 cavi a norma di sicurezza, 25 cm, rossi ........................ 500 611


Diritti riservati

Fenomeni di conduzione elettrica Conduzione elettrica nel vuoto Caratteristica di un diodo Multimetro per dimostrazione


KR

209

Oggetto dell’esperimento 1. Determinazione della caratteristica di un diodo

Setup

Norme di sicurezza: Poiché la tensione applicata al diodo raggiunge un livello pericoloso, usare cavi a norma di sicurezza! Il diodo per dimostrazioni si può danneggiare a causa di un collegamento errato ed in presenza di tensioni e correnti troppo elevate. Per i collegamenti e i dati tecnici, tenere presenti le informazioni della scheda istruzioni 555 610.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Mettere in funzione l’alimentatore per tubi e regolare con il

potenziometro la tensione di riscaldamento FU su un valore di circa 6.5 V.

- Applicare tra anodo e catodo una tensione anodica AU di 10 V (catodo -, anodo +).

- Leggere sul multimetro il valore della corrente anodica AI ed inserire il risultato nella tabella.

- Ripetere la misura ad intervalli di 10 V fino a raggiungere una tensione anodica di 300 V.

Esempio di misura

FU = 6.5 V

AU in V AI in mA AU in V AI in mA 10 0.2 160 5.2 20 0.3 170 5.3 30 0.7 180 5.4 40 1.1 190 5.5 50 1.5 200 5.6 60 1.9 210 5.7 70 2.3 220 5.7 80 2.7 230 5.8 90 3.1 240 5.7

100 3.5 250 5.7 110 3.9 260 5.7 120 4.2 270 5.7 130 4.5 280 5.8 140 4.8 290 5.7 150 5.0 300 5.7


0 60 120 180 240 300 UA in V0

1

2

3

4

5

6

I A in mA

Per effetto dell’emissione termoionica, il catodo caldo del tubo emette elettroni. Gli elettroni liberi sono accelerati dal campo elettrico presente tra anodo e catodo; si ottiene, così, la circolazione di corrente anodica AI . Se aumenta la tensione anodica AU , aumenta anche il numero di elettroni che raggiungono l’anodo con conseguente aumento della corrente anodica AI . Alla tensione anodica AU di circa 210 V, tutti gli elettroni emessi dal catodo per effetto del tensione di riscaldamento

FU raggiungono l’anodo. La corrente anodica AI ha raggiunto la saturazione e il suo valore rimane costante.

Nota: Se si ricavano altre caratteristiche a temperature diverse, si può dimostrare che la corrente di saturazione dipende dal numero di portatori di carica emessi dal catodo.

1 diodo per dimostrazione ......................................555 6101 tubo di sostegno ..................................................555 6002 multimetri per dimostrazione................................531 9051 alimentatore per tubi, 0…500 V...........................521 65 4 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, rossi .............500 6413 cavi a norma di sicurezza, 100 cm, blu................500 642


Diritti riservati

Circuiti elettronici di base Resistenze variabili con la temperatura e con la luminosità Resistenze variabili con la temperatura Misura con Sensor-CASSY e CASSY-Display


KR

208

Oggetto dell’esperimento 1. Esame della variazione di resistenza dei resistori NTC e PTC in funzione della temperatura

Setup

- Collegare il resistore NTC ad Input A e il resistore PTC ad

Input B dei box generatori di corrente di Sensor-CASSY.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Quando la temperatura si è stabilizzata, leggere su

CASSY-Display i valori delle resistenze di NTC e di PTC alla temperatura ambiente.

- Fare bollire 500 ml di acqua nel becher di plastica. - Immergere le sonde NTC e PTC nel becher contenente

acqua calda. - Osservare la variazione di resistenza su CASSY-Display,

leggere la resistenza delle due sonde una volta raggiunto un valore costante.

Esempio di misura Sonda NTC Sonda PTC

Temperatura ϑ in °C

Resistenza NTCR in Ω

Resistenza PTCR in Ω

25°C 4700 30 100°C 340 1280

Valutazione dei risultati Le sonde NTC e PTC sono resistori a semiconduttore variabili con la temperatura. Se si riscalda la sonda NTC, la sua resistenza diminuisce. Se si riscalda la sonda PTC, la sua resistenza aumenta. L’acronimo NTC è l’abbreviazione di “negative temperature coefficient”, l’acronimo PTC è l’abbreviazione di “positive temperature coefficient”.

1 sonda NTC, 4.7 kΩ, STE 2/50 .............................581 55 1 sonda PTC, 30 Ω con cavo STE 2/50..................581 59 1 pannello a spina A4 .............................................576 74 2 sostegni per pannelli a spina ...............................580 12 2 box generatori di corrente....................................524 0311 Sensor-CASSY....................................................524 0101 CASSY-Display ...................................................524 0202 coppie di cavi, 100 cm, rosso/blu.........................501 46 1 riscaldatore a immersione ...................................303 25 1 becher di plastica, 1000 ml ..................................590 06 4 spine a molla .......................................................590 02


Diritti riservati

Strumenti ottici La macchina fotografica Teleobiettivo Banco ottico, profilo S1


KR

212

Oggetto dell’esperimento 1. Dimostrare il principio di funzionamento di un teleobiettivo

Setup

Eseguire l’esperimento al buio.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Posizionare il supporto per diaframmi e diapositive sul ban-

co ottico ad un terzo della sua lunghezza (a circa 80 cm) ed inserire un nastro di carta (circa 5 cm x 10 cm) come pelli-cola.

- Posizionare il portacandele ad una distanza di circa 50 cm dal supporto per diaframmi e diapositive ed accendere la candela.

- Realizzare il teleobiettivo posizionando di fonte al supporto per diaframmi e diapositive la lente 1 (f = + 100 mm) ad una distanza di circa 8 cm e la lente 2 (f = + 200 mm) ad una distanza di circa 25 cm.

- Se necessario, spostare leggermente le due lenti in modo da mettere a fuoco l’immagine.

- Spostare la lente 2 di circa 10 cm verso la candela ed os-servare l’immagine sulla carta. Se l’immagine della fiamma della candela non è bene a fuoco, spostare leggermente anche la lente 1.

Osservazione L’immagine della candela sullo schermo si ottiene posizionan-do le due lenti una dietro l’altra. Se la distanza tra le due lenti aumenta, l’immagine della can-dela sullo schermo diventa più grande.

Valutazione dei risultati Aumentando la distanza tra un sistema di lenti, si ottiene l’ingrandimento di una immagine; questo sistema di lenti si chiama teleobiettivo.

1 banco ottico con profilo S1 ..................................460 3104 cavalieri con asta di fissaggio ..............................460 3131 portacandele........................................................459 31 1 candela........................................................ da 459 32 1 lente su sostegno, f = + 100 mm .........................459 62 1 lente su sostegno, f = + 200 mm .........................459 63 1 supporto per diaframmi e diapositive...................459 33 Si richiede inoltre: 1 nastro di carta


Diritti riservati

Strumenti ottici L’occhio Formazione dell’immagine e adattamento dell’occhio Struttura dell’occhio con modello lenticolare e schermo semitrasparente


KR

212

Oggetto dell’esperimento 1. Formazione dell’immagine e potere di adattamento dell’occhio umano

Setup

- Per il montaggio del modello lenticolare tenere presenti le

informazioni della scheda istruzioni 662 402, quindi riempir-lo con acqua distillata.

- Eseguire l’esperimento in un ambiente non troppo buio.

Apparecchiatura Esecuzione dell’esperimento - Posizionare lo schermo semitrasparente sul banco ottico

ad un terzo della sua lunghezza. - Posizionare il modello lenticolare di fronte allo schermo ad

una distanza di circa 15 cm. Controllare che inizialmente il raggio di curvatura della lente sia minimo (quando la siringa è a riposo le superfici debbono essere appena tese).

- Accendere la candela e spostarla lungo il banco ottico in modo che l’immagine sullo schermo sia a fuoco. Se neces-sario, soffiare leggermente sulla fiamma della candela in modo da individuare meglio la posizione dell’immagine.

- Diminuire la distanza dell’oggetto spostando la candela ed osservare l’immagine sullo schermo.

- Per mezzo della siringa, iniettare acqua nella lente fino ad ottenere sullo schermo un’immagine ancora a fuoco.

- Aumentare la distanza dell’oggetto e ripetere l’esperimento.

Osservazione L’immagine della candela sullo schermo si ottiene attraverso la lente. L’immagine risulta capovolta e rovesciata. Minore è la distanza dell’oggetto, più grande è la sua immagi-ne. Al diminuire della distanza dell’oggetto, l’immagine della fiamma sullo schermo risulta sempre meno a fuoco. Se aumenta il raggio di curvatura della lente, l’immagine sullo schermo torna ad essere di nuovo a fuoco. Se aumenta la distanza dell’oggetto, la sua immagine sullo schermo non è più a fuoco. Se il raggio di curvatura della lente diminuisce, l’immagine sullo schermo risulta di nuovo a fuoco.

Valutazione dei risultati L’occhio genera sulla retina un’immagine dell’oggetto capovol-ta e rovesciata. Al diminuire della distanza tra occhio ed oggetto, l’immagine tende ad allargarsi. Poiché la distanza della zona in cui si forma l’immagine è costante, la messa a fuoco dell’immagine di un oggetto al variare della distanza si ottiene perché varia la curvatura della lente elastica che simula il comportamento dell’occhio umano. L’occhio umano si comporta come una lente elastica; infatti, maggiore è il suo raggio di curvatura minore è la sua distanza focale. La variazione del raggio di curvatura dell’occhio che permette di ottenere sulla retina un’immagine sempre a fuoco, si chia-ma potere di adattamento.

Nota: La minima distanza di un oggetto alla quale un occhio normale è in grado di adattarsi senza sforzo si aggira attorno a 25 cm (distanza di visione nitida).

1 banco ottico con profilo S1 ................................ 460 310 1 cavaliere con asta di fissaggio........................... 460 313 2 cavalieri con morsetto........................................ 460 311 1 portacandele...................................................... 459 31 1 candela.......................................................da 459 32 1 modello lenticolare............................................. 662 402 1 schermo semitrasparente .................................. 441 53 1 acqua distillata, 1 l ............................................. 675 3400


Diritti riservati

Strumenti ottici L’occhio Ipermetropia Struttura dell’occhio con modello lenticolare e schermo semitrasparente


KR

212

Oggetto dell’esperimento 1. Dimostrazione dell’ipermetropia dell’occhio e sua correzione con una lente convergente

Setup




Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Posizionare lo schermo semitrasparente sul banco ottico ad

un terzo della sua lunghezza. - Posizionare il modello lenticolare di fronte allo schermo ad

una distanza di circa 15 cm e riempirlo d’acqua in modo che il raggio di curvatura della lente sia massimo.

- Accendere la candela e regolare la sua distanza in modo da ottenere sullo schermo un’immagine ben a fuoco (occhio normale).

- Diminuire la distanza dell’immagine spostando lo schermo di 2 cm (occhio presbite) ed osservare le sue variazioni.

- Aumentare la distanza dell’oggetto spostando la candela ed osservare l’immagine sullo schermo.

- Diminuire la distanza dell’oggetto fino a circa 15 cm. - Inserire una lente convergente (f = + 100 mm) tra la candela

ed il modello lenticolare e spostarla fino ad ottenere sullo schermo un’immagine ancora a fuoco.

Osservazione Se si riduce la distanza dell’immagine spostando lo schermo, nonostante il potere di adattamento dell’occhio, non è più possibile mettere a fuoco gli oggetti troppo vicini. Se la distanza dell’oggetto aumenta, l’immagine sullo schermo torna ad essere di nuovo a fuoco. Mettendo una lente convergente di fronte al modello lenticola-re, è possibile ottenere la messa a fuoco dell’oggetto anche se questo è troppo vicino.

Valutazione dei risultati In un occhio ipermetrope, la distanza tra la lente e la retina è più piccola del normale. Nonostante il potere di adattamento dell’occhio, l’immagine di un oggetto troppo vicino si forma dietro la retina per cui non risulta più a fuoco. Solo gli oggetti lontani risultano a fuoco sulla retina. L’ipermetropia dell’occhio si corregge utilizzando occhiali con lenti convergenti. La lente convergente aumenta la distanza focale dell’occhio per cui l’immagine degli oggetti troppo vicini si forma ugual-mente sulla retina e risulta così di nuovo a fuoco.

1 banco ottico con profilo S1 ................................ 460 310 2 cavalieri con asta di fissaggio ............................ 460 313 2 cavalieri con morsetto........................................ 460 311 1 portacandele...................................................... 459 31 1 candela.......................................................da 459 32 1 modello lenticolare............................................. 662 402 1 lente su sostegno, f = + 100 mm ....................... 459 62 1 schermo semitrasparente .................................. 441 53 1 acqua distillata, 1 l ............................................. 675 3400


Diritti riservati

Strumenti ottici L’occhio Miopia Struttura dell’occhio con modello lenticolare e schermo semitrasparente


KR

212

Oggetto dell’esperimento 1. Dimostrazione della miopia dell’occhio e sua correzione con una lente divergente

Setup




Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Posizionare lo schermo semitrasparente sul banco ottico

ad un terzo della sua lunghezza. - Posizionare il modello lenticolare di fronte allo schermo ad

una distanza di circa 15 cm e riempirlo d’acqua in modo che il raggio di curvatura della lente sia minimo (con la si-ringa a riposo le superfici debbono essere appena tese).

- Accendere la candela e regolare la sua distanza (circa 40 cm) in modo che l’immagine sullo schermo sia a fuoco (oc-chio normale).

- Aumentare la distanza dell’immagine spostando lo schermo di 2 cm (occhio miope) ed osservare le sue variazioni.

- Diminuire la distanza dell’oggetto spostando la candela ed osservare l’immagine sullo schermo.

- Aumentare la distanza dell’oggetto fino a 40 cm. - Inserire una lente divergente (f = - 100 mm) tra la candela

ed il modello lenticolare e spostarla fino ad ottenere sullo schermo un’immagine ancora a fuoco.

Osservazione Se si aumenta la distanza dell’immagine spostando lo scher-mo, nonostante il potere di adattamento dell’occhio, non è più possibile mettere a fuoco gli oggetti troppo lontani anche con l’occhio completamente a riposo. Se la distanza dell’oggetto diminuisce, l’immagine sullo schermo torna ad essere di nuovo a fuoco. Mettendo una lente divergente di fronte al modello lenticolare, è possibile mettere a fuoco l’oggetto anche se questo è troppo lontano.

Valutazione dei risultati In un occhio miope, la distanza tra la lente e la retina è più grande del normale. Nonostante il potere di adattamento dell’occhio, l’immagine di un oggetto lontano si forma davanti alla retina per cui non risulta più a fuoco. Solo gli oggetti vicini risultano a fuoco sulla retina. La miopia dell’occhio si corregge utilizzando occhiali con lenti divergenti. La lente divergente diminuisce la distanza focale dell’occhio per cui l’immagine degli oggetti lontani si forma ugualmente sulla retina e risulta così di nuovo a fuoco. 1 banco ottico con profilo S1................................. 460 310

2 cavalieri con asta di fissaggio ............................ 460 313 2 cavalieri con morsetto........................................ 460 311 1 portacandele ...................................................... 459 31 1 candela ...................................................... da 459 32 1 modello lenticolare............................................. 662 402 1 lente su sostegno, f = -100 mm ......................... 459 68 1 schermo semitrasparente .................................. 441 53 1 acqua distillata, 1l .............................................. 675 3400


Diritti riservati

Strumenti ottici L’occhio Presbiopia Struttura dell’occhio con modello lenticolare e schermo semitrasparente


KR

212

Oggetto dell’esperimento 1. Dimostrazione della presbiopia dell’occhio e sua correzione con una lente convergente

Setup




Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Posizionare lo schermo semitrasparente sul banco ottico ad

un terzo della sua lunghezza. - Posizionare il modello lenticolare di fronte allo schermo ad

una distanza di circa 15 cm e riempirlo d’acqua in modo che il raggio di curvatura della lente abbia un valore intermedio.

- Accendere la candela e posizionarla a piccola distanza (cir-ca 15 cm).

- Osservare l’immagine della fiamma della candela che si ottiene sullo schermo.

- Aumentare la distanza dell’oggetto spostando la candela ed osservare la sua immagine sullo schermo.

- Diminuire la distanza dell’oggetto e tornare di nuovo a 15 cm.

- Inserire una lente convergente (f = + 100 mm) tra la candela ed il modello lenticolare e spostarla fino ad ottenere sullo schermo un’immagine ancora a fuoco.

Osservazione Nel caso di una lente con raggio di curvatura intermedio (in-vecchiamento dell’occhio), l’immagine sullo schermo di un oggetto troppo vicino non è più a fuoco. Se la distanza dell’oggetto aumenta, l’immagine sullo schermo torna ad essere di nuovo a fuoco. Mettendo una lente convergente di fronte al modello lenticola-re, è possibile ottenere la messa a fuoco dell’oggetto anche se questo è molto vicino.

Valutazione dei risultati Un occhio presbite ha una elasticità limitata. A riposo, il raggio di curvatura di un occhio presbite è minore di quello di un occhio normale. Di conseguenza, la distanza focale dell’occhio è troppo gran-de per mettere a fuoco sulla retina gli oggetti molto vicini. Solo gli oggetti lontani risultano a fuoco sulla retina. La presbiopia dell’occhio si corregge utilizzando occhiali con lenti convergenti. La lente convergente aumenta la distanza focale dell’occhio per cui l’immagine degli oggetti molto vicini si forma ugual-mente sulla retina e risulta così di nuovo a fuoco.

Nota: Con l’avanzare dell’età, l’occhio non riesce più ad adattarsi alle varie distanze degli oggetti. Poiché per la correzione sarebbero necessarie anche lenti divergenti, in questo caso si utilizzano occhiali con lenti pro-gressive. Queste lenti permettono di vedere correttamente sia gli oggetti vicini sia gli oggetti lontani attraverso aree lenticolari diverse.

1 banco ottico con profilo S1................................. 460 310 2 cavalieri con asta di fissaggio ............................ 460 313 2 cavalieri con morsetto........................................ 460 311 1 portacandele ...................................................... 459 31 1 candela ...................................................... da 459 32 1 modello lenticolare............................................. 662 402 1 lente su sostegno, f = + 100 mm........................ 459 62 1 schermo semitrasparente .................................. 441 53 1 acqua distillata, 1 l ............................................. 675 3400


Diritti riservati

Luce e colori Separazione dei colori della luce Separazione dei colori della luce attraverso un prisma Banco ottico con profilo S1


KR

301


1. Separazione dei colori della luce bianca attraverso un prisma di cristallo

Setup

- Allineare verticalmente il filamento della lampada a incan-

descenza ruotando la sua custodia ed estrarla di circa 3 cm.

- Mettere il condensatore (lente f = + 50 mm) davanti alla lampada ad una distanza di circa 2 cm.

- Regolare la larghezza della fenditura su un valore di circa 1.75 mm.

- Attaccare un foglio di carta bianca sullo schermo semitra-sparente con del nastro adesivo.

- Per mettere a punto il sistema sperimentale, togliere il pri-sma dal raggio luminoso e posizionare lo schermo sul ban-co ottico ad un terzo della sua lunghezza.

- Spostare l’obiettivo (lente f = + 100 mm) in modo da ottene-re sullo schermo l’immagine a fuoco della fenditura. Quindi, togliere lo schermo dal banco ottico e allontanarlo di circa 30 cm secondo un angolo di circa 60°.

- Mettere la stanza completamente al buio.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Mettere il prisma di cristallo in corrispondenza del raggio

luminoso e ruotare il portacandele sorretto dal cavaliere con morsetto in modo da far apparire sullo schermo uno spettro ampio e luminoso. Eventualmente, correggere la messa a fuoco dello spettro spostando l’obiettivo.

Osservazione Sullo schermo semitrasparente compare uno spettro continuo.

Valutazione dei risultati Quando la luce bianca emessa da una lampada a incande-scenza attraversa un prisma, si ha la separazione dei vari colori che la compongono per effetto della rifrazione. In questo caso si ha uno spettro continuo poiché è formato da bande di colore diverso. In uno spettro continuo, si passa gradualmente da un colore all’altro e cioè violetto, blu, verde, giallo, arancio, rosso. Lo spettro che si ottiene per effetto della scomposizione della luce bianca è dovuto al diverso indice di rifrazione n dei vari colori della luce quando passa dall’aria al vetro (dispersione). L’indice di rifrazione n della luce rossa è minore di quello della luce violetta.

1 banco ottico con profilo S1 .............................. 460 310 4 cavalieri con asta di fissaggio .......................... 460 313 2 cavalieri con morsetto...................................... 460 311 1 portalampada...................................................450 60 1 lampada a incandescenza, 6 V / 30 W, E14 .... 450 51 1 lente su sostegno, f = + 50 mm........................ 459 60 1 lente su sostegno, f = + 100 mm...................... 459 62 1 fenditura regolabile su sostegno ...................... 471 71 1 prisma di cristallo ............................................. 465 32 1 portacandele ....................................................459 31 1 pin estensione.................................................. 309 00 441 1 schermo semitrasparente ................................ 441 53 1 trasformatore 6 V / 12 V, 230 V ....................... 521 210


Diritti riservati

Luce e colori Separazione dei colori della luce Rivelazione dei raggi infrarossi Sistema con schermo di solfuro di zinco


KR

301

Oggetto dell’esperimento 1. Rivelazione dei raggi infrarossi con uno schermo di solfuro di zinco

Setup


Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Prima di iniziare la prova, esporre lo schermo di solfuro di

zinco alla luce del giorno in modo da renderlo fosforescen-te.

- Fissare lo schermo fosforescente sul portalastre. - Posizionare la lampada in modo da ottenere sullo schermo

una traccia luminosa circolare. - Inserire il filtro infrarosso nel supporto per diaframmi e dia-

positive. - Illuminare lo schermo di solfuro di zinco con luce infrarossa

per circa 2-3 minuti. - Spegnere la lampada ed osservare l’effetto luminoso sullo

schermo.

Osservazione Se lo schermo di solfuro di zinco viene esposto alla luce del giorno è di colore giallo, al buio assume una fosforescenza persistente. Dopo l’illuminamento con raggi infrarossi, sullo schermo com-pare una traccia scura e non più giallo acceso.

Valutazione dei risultati Le radiazioni di piccola lunghezza d’onda (per es. i raggi ultra-violetti) eccitano lo schermo ricoperto con solfuro di zinco il quale, essendo un materiale luminescente, è in grado di emet-tere luce visibile per un lungo intervallo di tempo (fosforescen-za). I raggi infrarossi riducono il tempo di decadimento della fosfo-rescenza.

1 banco ottico con profilo S1 ..................................460 3103 cavalieri con asta di fissaggio ..............................460 3131 cavaliere con morsetto ........................................460 3111 portalampada.......................................................450 60 1 lampada a incandescenza, 6 V / 30 W, E14........450 51 1 supporto per diaframmi e diapositive...................459 33 1 filtro infrarosso .....................................................468 74 1 lente su sostegno, f = + 50 mm ...........................459 60 1 portalastre su asta di sostegno............................459 30 1 schermo di solfuro di zinco ..................................468 72 1 trasformatore 6 V / 12 V, 230 V ...........................521 210


Diritti riservati

Luce e colori Separazione dei colori della luce Raggi infrarossi nello spettro continuo Sistema con schermo di solfuro di zinco


KR

301


1. Rivelazione dei raggi infrarossi nello spettro continuo di una lampada a incandescenza

Setup








- Prima di iniziare la prova, esporre lo schermo di solfuro di zinco alla luce del giorno per renderlo fosforescente.


Nota: Prima di eseguire questa prova, è necessario conoscere I risultati dell’esperimento D 5.6.1.3 (Rivelazione dei raggi infra-rossi con uno schermo di solfuro di zinco). Quando si usa la schermo di solfuro di zinco, tenere presente che la fosforescenza comincia ad estinguersi se lo si illumina con la luce rossa.

Apparecchiatura


luminoso e ruotare il portacandele sorretto dal cavaliere con morsetto in modo da far apparire sullo schermo uno spettro ampio e luminoso.

- Eventualmente, correggere la messa a fuoco dello spettro spostando l’obiettivo.

- Esporre lo schermo di solfuro di zinco ad una radiazione compresa nel limite ancora visibile della regione spettrale del rosso.

- Dopo circa 2 minuti, spegnere la lampada ed osservare l’effetto luminoso sullo schermo di solfuro di zinco.

Osservazione Sullo schermo fosforescente di solfuro di zinco compare una riga scura.

Valutazione dei risultati Nello spettro continuo di una lampada a incandescenza, si ha il passaggio dalle lunghezze d’onda comprese nella regione spettrale del rosso a quelle più grandi, e quindi invisibili, della regione dell’infrarosso.

1 banco ottico con profilo S1...............................460 310 5 cavalieri con asta di fissaggio ..........................460 313 2 cavalieri con morsetto ......................................460 311 1 portalampada...................................................450 60 1 lampada a incandescenza, 6 V / 30 W, E14 ....450 51 1 portalastre su asta di sostegno ........................459 30 1 lente su sostegno, f = + 50 mm........................459 60 1 lente su sostegno, f = + 100 mm......................459 62 1 fenditura regolabile su sostegno ......................471 71 1 prisma di cristallo .............................................465 32 1 portacandele ....................................................459 31 1 pin estensione..................................................309 00 4411 schermo semitrasparente ................................441 53 1 schermo di solfuro di zinco ..............................468 72 1 trasformatore 6 V / 12 V, 230 V........................521 210


Diritti riservati

Luce e colori Separazione dei colori della luce Rivelazione dei raggi ultravioletti Sistema con schermo fosforescente sensibile all’ultravioletto


KR

301

Oggetto dell’esperimento 1. Rivelazione dei raggi ultravioletti con schermo fosforescente sensibile all’ultravioletto

Setup


Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Fissare lo schermo fosforescente sensibile all’ultravioletto

sul portalastre con il rivestimento verso l’alto. - Posizionare la lampada in modo da ottenere sullo schermo

una traccia luminosa circolare. - Inserire il filtro ultravioletto nel supporto per diaframmi e

diapositive. - Osservare l’effetto luminoso sullo schermo.

Osservazione Dopo l’inserimento del filtro ultravioletto, sul rivestimento dello schermo compare una luminescenza verde. Il lato dello schermo privo di rivestimento non emette nessuna radiazione visibile.

Valutazione dei risultati Quando i raggi ultravioletti eccitano il lato dello schermo rico-perto con un materiale luminescente provocano l’emissione di una luce di maggiore lunghezza d’onda e quindi visibile (fluo-rescenza). La fluorescenza di uno schermo ricoperto con un materiale luminescente che compare dopo l’illuminamento è dovuta alla presenza dei raggi ultravioletti.

1 banco ottico con profilo S1.................................. 460 3103 cavalieri con asta di fissaggio ............................. 460 3131 cavaliere con morsetto........................................ 460 3111 portalampada...................................................... 450 60 1 lampada a incandescenza, 6 V / 30 W, E14 ....... 450 51 1 supporto per diaframmi e diapositive .................. 459 33 1 filtro ultravioletto.................................................. 469 79 1 lente su sostegno, f = + 50 mm........................... 459 60 1 portalastre su asta di sostegno ........................... 459 30 1 schermo sensibile all’ultravioletto ....................... 469 42 1 trasformatore 6/12 V, 230 V................................ 521 210


Diritti riservati

Luce e colori Separazione dei colori della luce Raggi ultravioletti nello spettro continuo Sistema con schermo fosforescente sensibile all’ultravioletto


KR

301


1. Rivelazione dei raggi ultravioletti nello spettro continuo di una lampada a incandescenza

Setup









Nota: Prima di eseguire questa prova, è necessario conoscere I risultati dell’esperimento D 5.6.1.5 (Rivelazione dei raggi ultra-violetti con schermo fosforescente sensibile all’ultravioletto).

Apparecchiatura


luminoso e ruotare il portacandele sorretto dal cavaliere con morsetto in modo da far apparire sullo schermo uno spettro ampio e luminoso.

- Eventualmente, correggere la messa a fuoco dello spettro spostando l’obiettivo.

- Mettere lo schermo fosforescente sensibile all’ultravioletto di fronte allo spettro ed osservare l’effetto luminoso.

Osservazione Nella regione invisibile dello spettro, sul rivestimento dello schermo compare una luminescenza verde. In questa regione dello spettro, il lato dello schermo privo di rivestimento non emette nessuna radiazione visibile.

Valutazione dei risultati Nello spettro continuo di una lampada a incandescenza, si ha il passaggio dalle lunghezze d’onda comprese nella regione spettrale del violetto a quelle più piccole, e quindi invisibili, dell’ultravioletto.

1 banco ottico con profilo S1...............................460 310 5 cavalieri con asta di fissaggio ..........................460 313 2 cavalieri con morsetto ......................................460 311 1 portalampada...................................................450 60 1 lampada a incandescenza, 6 V / 30 W, E14 ....450 51 1 portalastre su asta di sostegno ........................459 30 1 lente su sostegno, f = + 50 mm........................459 60 1 lente su sostegno, f = + 100 mm......................459 62 1 fenditura regolabile su sostegno ......................471 71 1 prisma di cristallo .............................................465 32 1 portacandele ....................................................459 31 1 pin estensione..................................................309 00 4411 schermo semitrasparente ................................441 53 1 schermo sensibile all’ultravioletto.....................469 42 1 trasformatore 6 V / 12 V, 230 V........................521 210


Diritti riservati

Luce e colori Composizione additiva e sottrattiva dei colori Composizione additiva dei colori Lampada a tre filamenti e filtro colorato


KR

209

Oggetto dell’esperimento 1. Composizione dei colori mediante somma dei raggi luminosi di colore rosso, verde e blu

Setup

Norme di sicurezza: Poiché la lampada a tre filamenti si scalda durante il funzionamento e poiché il filtro è sensibile alla temperatura, la sua distanza dalla lampada deve essere almeno di 1.5 cm.

- Disporre l’interruttore della lampada a tre filamenti in modo da accenderli contemporaneamente.

- Inserire il filtro colorato sul lato del supporto per diaframmi e diapositive opposto alla lampada.

- Mettere lo schermo ad una distanza di circa 10 - 15 cm dalla lente.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Accendere la lampada a tre filamenti. - Osservare l’immagine sullo schermo e prendere nota dei

colori delle singole aree.

Osservazione

Area Colore*

1 rosso

1 verde

1 blu

2 giallo

2 ciano

2 magenta

3 bianco

*Poiché i filtri di plastica sono di natura molto semplice, alcuni colori possono venire leggermente falsificati.

Valutazione dei risultati Quando si proietta su uno schermo la luce dei colori primari rosso, verde e blu in modo da sovrapporre due colori alla volta o tutti e tre, al centro dello schermo si ottengono aree di colore diverso. Questi nuovi colori sono chiamati colori compositi:

rosso + verde giallo

verde + blu ciano

blu + rosso magenta

rosso + verde + blu bianco

1 banco ottico con profilo S1 ..................................460 3103 cavalieri con asta di fissaggio ..............................460 3131 cavaliere con morsetto ........................................460 3111 lampada a tre filamenti, 12 V/3 x 6 W..................459 0451 filtro colorato ........................................................467 97 1 supporto per diaframmi e diapositive...................459 33 1 lente su sostegno, f = + 100 mm .........................459 62 1 schermo...............................................................441 53 1 trasformatore, 6/12 V, 230 V................................521 2101 coppia di cavi, 100 cm, neri .................................501 461


Diritti riservati

Luce e colori Composizione additiva e sottrattiva dei colori Composizione additiva dei colori – colori complementari Lampada a tre filamenti


KR

209

Oggetto dell’esperimento 1. Determinazione dei colori complementari mediante composizione additiva

Setup

Norme di sicurezza: Poiché la lampada a tre filamenti si scalda durante il funzionamento e poiché il filtro è sensibile alla temperatura, la sua distanza dalla lampada deve essere almeno di 1.5 cm.

- Disporre l’interruttore della lampada a tre filamenti in modo da accendere solo due lampade.

- Mettere lo schermo ad una distanza di circa 10 - 15 cm dalla lente.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Accendere la lampada a tre filamenti. - Inserire in successione le seguenti coppie di filtri nel

supporto per diaframmi e diapositive rispettando questi abbinamenti: rosso e ciano, verde e magenta, blu e giallo.

- Per ciascun abbinamento, osservare l’immagine sullo schermo e prendere nota dei colori delle singole aree.

- Inserire in modo arbitrario altre combinazioni di filtri nel supporto per diaframmi e diapositive e confrontare i colori delle varie aree di sovrapposizione con i risultati ottenuti precedentemente.

Osservazione Filtro Area di sovrapposizione

rosso ciano bianco

verde magenta bianco

blu giallo bianco

Valutazione dei risultati Se dalla composizione additiva di due colori si ottiene il colore bianco, questi due colori sono chiamati colori complementari. In questo esperimento sono risultati colori complementari rosso e ciano, verde e magenta, blu e giallo.

1 banco ottico con profilo S1 ..................................460 3103 cavalieri con asta di fissaggio ..............................460 3131 cavaliere con morsetto ........................................460 3111 lampada a tre filamenti, 12 V/3 x 6 W..................459 0451 serie di filtri colorati, colori primari .......................467 95 1 serie di filtri colorati, colori secondari...................467 96 1 supporto per diaframmi e diapositive...................459 33 1 lente su sostegno, f = + 100 mm .........................459 62 1 schermo...............................................................441 53 1 trasformatore, 6/12 V, 230 V................................521 2101 coppia di cavi, 100 cm, neri .................................501 461


Diritti riservati

Luce e colori Spettri Spettri dei gas luminosi Tubi per la scarica nei gas


KR

206

Oggetto dell’esperimento 1. Determinazione degli spettri di neon, elio e idrogeno

Setup

Mettere la stanza completamente al buio.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Inserire il tubo spettrale Ne nell’apposito sostegno. - Accendere l’alimentatore ed aumentare lentamente la

tensione fino all’innesco del tubo (2-6 kV). - Attraverso un prisma o un reticolo di Rowland, osservare il

tubo spettrale da una distanza compresa tra 1 m e 5 m.

- Ripetere l’esperimento con i tubi spettrali He ed 2H .

Nota sull’uso di un prisma: Guardare in direzione del tubo spettrale. Mettere uno spigolo del prisma vicino all’angolo dell’occhio destro, ruotare la testa ed il prisma verso destra fino a vedere lo spettro.

Osservazione Gli spettri di neon, elio e idrogeno sono formati da righe spettrali di diverso colore. Le righe dello spettro sono separate una dall’altra da zone scure. Gli spettri ottenuti con gas diversi, differiscono uno dall’altro.

Valutazione dei risultati Mediante i tubi per la scarica nei gas, si ottengono spettri formati da singole righe. Per questo motivo, essi sono chiamati spettri a righe. La lunghezza d’onda delle righe che compongono lo spettro è una caratteristica tipica di ciascun gas. Nota: Le righe dello spettro dei vari gas e le rispettive lunghezze d’onda sono raccolte nella tavola spettrale (667 710).

1 tubo spettrale He .............................................. 467 67 1 tubo spettrale Ne .............................................. 467 69 1 tubo spettrale H2 ............................................... 467 66 1 sostegno per tubi spettrali................................. 467 81 1 resistenza tarata, 100 kΩ.................................. 536 251 1 alimentatore di alta tensione, 10 kV, 230 V....... 521 70 1 cavo a norma di sicurezza, 25 cm, rosso.......... 500 611 1 cavo a norma di sicurezza, 100 cm, rosso........ 500 641 1 cavo a norma di sicurezza, 100 cm, blu............ 500 642 1 cavo a norma di sicurezza, 25 cm, giallo/verde 500 610 1 base di appoggio a V, 20 cm ............................ 300 02 1 asta di sostegno, 10 cm.................................... 300 40 1 morsetto Leybold .............................................. 301 01 Per consentire agli studenti di osservare gli spettri: 5 prismi di cristallo ............................................... 465 32 oppure 5 copie di reticolo di Rowland .............................. 471 23

DIDATTICA ITALIA S.R.L..Via L. Pirandello, 18.20099.Sesto San Giovanni (MI).Tel. 0226264044 . Fax 022409346.e-mail: [email protected]

©by Leybold Didactic GmbH Printed in the Federal Republic of Germany Diritti riservati

Rivelazione e proprietà delle radiazioni radioattive Rivelazione della radiazione radioattiva Rivelazione della radiazione α Camera a nebbia


KR

206

Oggetto dell’esperimento 1. Visualizzazione delle traiettorie delle particelle α con la camera di Wilson

Setup

Preparazione della miscela etanolo-acqua: - Mescolare 50 ml di etanolo e 50 ml di acqua distillata nel cilindro

graduato, versare la miscela nella bottiglia di polietilene e chiudere la bottiglia.

Predisposizione dell’illuminazione: - Mettere il portalampada con la lampada a incandescenza ad una

distanza di circa 15 cm dalla camera di WIlson in modo da illuminarla lungo le traiettorie previste delle particelle α.

- Collegare la lampada al trasformatore. - Ruotando il portalampada, allineare orizzontalmente il filamento

della lampada ed eseguire la regolazione in modo da ottenere un fascio di luce parallelo o leggermente divergente.

Preparazione della camera di Wilson: - Aprire il coperchio della camera allentando i morsetti ed estrarre il

piano di fondo. - Controllare che l’interno della camera non sia impolverato, se

necessario pulire con acqua distillata. - Far gocciolare con la pipetta la miscela di etanolo ed acqua sul

rivestimento in feltro del piano di fondo in modo da inumidirlo leggermente.

- Appoggiare il piano di fondo sulla guarnizione di gomma. Controllare che la guarnizione di gomma aderisca perfettamente al bordo.

- Prendendo le dovute precauzioni (vedere scheda istruzioni 559 59), estrarre la sorgente radioattiva dal contenitore di vetro e metterla nell’apposito appoggio all’interno della camera.

- Inserita correttamente la guarnizione di gomma, richiudere il coperchio della camera di Wilson e stringere i morsetti.

- Controllare che la camera sia ben chiusa mediante la pompa a mano. Durante l’espansione della pompa, se si incontra una debole resistenza oppure se si sente un fruscio, vuol dire che la camera non è ben chiusa. In questo caso, ungere la guarnizione con del grasso o con una goccia d’olio molto viscoso.

- Applicare una tensione continua di circa 150 V per deionizzare la camera.

- Chiusa la camera, attendere per almeno dieci minuti in modo che l’esperimento giunga a termine per la prima volta e permettere così la formazione di una miscela satura d’aria, vapore d’acqua e vapore di etanolo.

Apparecchiatura

Esecuzione dell’esperimento - Tirare in un sol colpo l’impugnatura della pompa verso il basso,

lasciarla nella posizione finale ed osservare le tracce di goccioline lasciate dalle particelle. Guardare immediatamente all’interno della camera attraverso la finestra.

L’esperimento si può ripetere dopo circa 2 minuti.

Valutazione dei risultati Le tracce di particelle appaiono come indicato in figura:

1 camera di Wilson.........................................................559 57 1 sorgente radioattiva per la camera di Wilson ..............559 59 1 portalampada ..............................................................450 60 1 condensatore asferico .................................................460 20 1 lampada a incandescenza, 6 V/30 W, E14 .................450 51 1 resistenza tarata, 100 kΩ ............................................536 251 1 alimentatore per tubi, 0...500 V, 230 V........................521 65 1 coppia di cavi, 100 cm, rosso/blu ................................501 46 1 cavo di collegamento, 25 cm, rosso ............................500 411 1 morsetto da tavolo semplice........................................301 07 1 morsetto da tavolo.......................................................301 06 1 etanolo, 1l ...................................................................671 9720 1 acqua distillata, 5 l .......................................................675 3410 1 bottiglia di polietilene, 250 ml ......................................661 222 1 cilindro graduato, 100 ml .............................................665 754 1 serie di pipette .................................................... da 665 953 1 serie di cappucci di gomma................................. da 665 954 Per migliorare la visione si raccomanda: 1 Video-Flex ...................................................................662 1541 set TV o monitor

Esperimenti Di Fisica

Documents

Transcript of Esperimenti Di Fisica