3. Argomento : moto circolare uniforme
Materiali di utilizzo:
Classe di riferimento : 3° anno di liceo scientifico
Tale argomento è stato già affrontato nella classe 1°
4. Lo studio del moto circolare uniforme è di particolare interesse
per tre motivi:
è il primo esempio di moto che incontriamo la cui traiettoria non è
rettilinea;
in tale moto emerge con chiarezza la natura vettoriale di
grandezze fisiche quali la velocità e l’accelerazione; natura che,
nello studio del moto rettilineo, uniforme e uniformemente
accelerato, rimane nascosta a causa della formadella traiettoria;
forte corrispondenza con lo studio delle coniche
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11. Obiettivi:
1. Osservare e descrivere il dispositivo utilizzato.
2. Eseguire le misure di tempo di percorrenza di angoli assegnati.
3. Riconoscere tra la tabella e il grafico le relazioni tra le
grandezze esaminate.
12. TEMPO (t) = concetto astratto del quale è possibile misurarne solo gli intervalli.
SPAZIO (s) = porzione di traiettoria, presa in considerazione.
TRAIETTORIA = insieme di punti occupati da un corpo in movimento, istante dopo istante.
PUNTO DI RIFERIMENTO = punto fissato per stabilire il moto effettivo di un corpo (in
questaesperienza era indicato da “O”).
LEGGE ORARIA DEL MOTO = relazione che consente di determinare lo spazio percorso in
funzionedel tempo impiegato.
MOTO CIRCOLARE UNIFORME = moto periodico con cui il corpo si muove su una
circonferenza mantenendo una velocità costante solo di modulo.
MOTO PERIODICO = moto che si ripete dopo un intervallo di tempo pari al periodo.
FREQUENZA = numero di giri che il corpo compie in un secondo; la sua unità di misura è sec-
1 che si traducono in Hz.
PERIODO (T) = tempo impiegato dal corpo a compiere un giro.
RADIANTE = angolo al centro della circonferenza che intercetta un arco di lunghezza pari al
raggio; è una costante di cui l’unità di misura è rad VELOCITÀ ANGOLARE (ω) = rapporto
tra la variazione angolare e quella di tempo; la sua unità di misura è rad/sec.
VELOCITÀ PERIFERICA (V) = rapporto tra lo spazio percorso e il tempo impiegato a
percorrerlo.
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14. Magari ci verrebbe da rispondere che hanno fatto la stessa strada
perché dopo tre giri si trovano nella stessa posizione di partenza. Ma
non è così: il punto disegnato sulla camera d’aria viaggia su una
circonferenza con raggio maggiore di quello a metà ruota e anche a
occhio si vedrebbe che va più veloce. Il caso estremo è rappresentato
dal punto al centro della ruota. La sua distanza dal centro è nulla,
quindi viaggia secondo un raggio nullo: sta fermo.
Ci servono due definizioni distinte di velocità! Come si possono fare
secondo te?
Una dipende allo spazio lineare percorso fratto il tempo, si chiamerà
velocità tangenziale. L'altra dipende dall’angolo percorso fratto il
tempo e si chiamerà velocità angolare.
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16. MATERIALE: cerchione colorato e segnato, massa, filo, carrucola,
cronometri decimali e centesimali
PROCEDIMENTO:Un cerchione colorato e segnato, appeso tramite
dei fili ad un’asta, sollecitato da una massa di 20g (che quindi
sarà forza trainante di 20N), gira, compiendo quindi un moto
circolare (Utilizziamo una massa trainante perché con la mano
sarebbe stato molto meno impreciso il moto del cerchione che
avrebbe altrimenti ondeggiato). La massa, però, ad un certo
punto si ferma su uno dei segni di riferimento,questo significa che
sul cerchione non agiscono più forze; compie quindi un moto
circolare uniforme, essendo il valore modulare della velocità
costante, Perciò sfrutteremo la formula: V=Ds/Dt.
17. Le due componenti da trovare sono Ds e Dt.
Sapendo che il raggio del cerchione è di 0,315 m e utilizzando la formula per trovare il la lunghezza
della circonferenza, otteniamo il valore di un intero giro del cerchione:
1 giro= 2 p*0,315 m= 1,979 m.
Prendiamo in considerazione sei giri, a ogni giro il Ds aumenta, quindi, per calcolarci lo spazio percorso,
la formula per calcolare la circonferenza moltiplicandola per il numero di giri. Riportiamo i valori in
tabella
Per calcolare il Dt basta annotare il tempo (attraverso l’uso di cronometri decimali e centesimali) di ogni
numero di giri.).
Ottenuti così tutti i Dt, ne calcoliamo il valore medio per ogni numero di giri. Abbiamo così ottenuto tutti i
dati necessari per applicare la formula: V= Ds/Dt.
Calcoliamo i valori delle sei velocità e ci accorgiamo che sono identiche (tranne l’ultima che è però può
essere considerata corretta data l’azione rallentatrice della forza d’attrito, che non è scomparsa)
Possiamo quindi affermare con sicurezza che questo è un moto circolare uniforme. Sappiamo che la
velocità è un vettore che segue la direzione del moto, quindi ne facciamo la rappresentazione grafica.
Osservando però tale rappresentazione , notiamo che il vettore velocità non è mai uguale e quindi, anche
se il suo modulo è uguale, possiamo affermare che la velocità cambia.
La velocità può cambiare per due motivi: o agiscono delle forze o dobbiamo prendere in considerazione
una grandezza fisica diversa : l’accelerazione. La prima motivazione non è accettabile dato che il sistema
non è sottoposto ad alcuna forza (la forza trainante, come si ricorda, diventa nulla), quindi tale fenomeno
è dovuto all’esistenza di una accelerazione.
18. n° giri Ds (m) Dt (1) (s) Dt (2) (s) Dt medio (s) V (m/s)
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