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Forze, momenti, energia: concetti importanti con cui spiegare i meccanismi che troviamo in natura, dai più semplici gesti della nostra vita quotidiana fino ad arrivare ai movimenti dei corpi celesti
Più sei vicino al palo e più vai veloce, mentre più te ne allontani e più vai lento perché la velocità è collegata alla distribuzione della massa del corpo intorno all’asse di rotazione. Questo dipende da una delle grandi leggi valide in tutto l’Universo: la conservazione del momento angolare. La pattinatrice sul ghiaccio e i pianeti intorno al Sole obbediscono tutti alla stessa legge! Bello, no?!
Grazie alla conservazione dell’energia cinetica e della quantità di moto che si verificano in un urto centrale elastico, spostare col bastone alcune sfere al capo della fila comporta il movimento di altrettante sfere all’altra estremità.
Se attivi il flusso dell’aria e ci posizioni sopra una pallina, non cade nemmeno inclinando il tubo. La velocità dell’aria in uscita crea, infatti, una piccola zona di depressione che avvolge la pallina e che la tiene sempre al centro del flusso d’aria.
Se attivi il flusso dell’aria e ci posizioni sopra una pallina, non cade nemmeno inclinando il tubo. La velocità dell’aria in uscita crea, infatti, una piccola zona di depressione che avvolge la pallina e che la tiene sempre al centro del flusso d’aria.
Le leve sono macchine semplici, in grado di “amplificare” la forza umana permettendoci di compiere lavori con meno fatica. Non tutte le leve sono uguali: sperimenta direttamente tu con quale leva riesci a sollevare lo stesso peso più facilmente.
Fondazione “Villa del Balì”
Loc. San Martino snc
61036 Colli al Metauro (PU)
0721 892390
info@museodelbali.it
Nell'exhibit più sei vicino al manubrio e più andrai veloce, mentre più te ne allontani e più andrai lento. A livello qualitativo il fenomeno si spiega così: quando allarghi una gamba o un braccio anche questi devono ruotare alla stessa velocità angolare dell’altro braccio o dell’altra gamba, cioè quelli rimasti attaccati al palo, ma devono fare un movimento più ampio, quindi prendono velocità dal corpo, e questo fa sì che la velocità di rotazione diminuisca. Se invece il braccio e la gamba, prima aperti, vengono nuovamente raccolti, devono rallentare, altrimenti andrebbero più veloci del resto del corpo; di conseguenza, forniscono velocità al resto del corpo, e questo fa sì che lo sperimentatore giri più velocemente.
I fenomeni riguardanti le rotazioni, come quelli sperimentati in questa postazione, si possono spiegare anche in base a considerazioni quantitative, prendendo in considerazione la grandezza fisica nota come momento angolare di un oggetto materiale. Il momento angolare rappresenta la quantità che consente di descrivere le rotazioni e dipende dalla velocità angolare di un corpo e della distribuzione della sua massa intorno all'asse di rotazione (grandezza chiamata momento di inerzia).
In un sistema isolato, cioè un sistema su cui non si esercitano forze esterne, il momento angolare, che è il prodotto tra velocità angolare e momento di inerzia, ha la proprietà fondamentale di mantenersi costante al trascorrere del tempo (legge di conservazione del momento angolare). Pertanto, una volta che sali sulla piattaforma e ti dai una spinta con un piede, il tuo momento angolare si mantiene costante. Ne derivano allora i seguenti risultati: quando aumenti la distanza della tua distribuzione di massa dall’asse di rotazione (cioè quando allarghi un braccio o una gamba), la velocità di rotazione deve diminuire; viceversa, quando la diminuisci, la velocità di rotazione deve aumentare.
Ci sono moltissimi esempi nel quotidiano che riguardano la conservazione del momento angolare tra cui, per esempio, la capacità della pattinatrice di variare la velocità di rotazione modificando la sua distribuzione nello spazio mentre sta facendo una piroetta.
Nell'exhibit l’urto si trasmette dalle sfere spostate a quelle ferme fino a far muovere quelle all’estremità opposta. In generale, la regola seguita dai pendoli di Newton è la seguente: all'altro capo della fila si muovono tante sfere quante ne sposti con il bastone.
Tale comportamento è caratteristico degli urti detti "elastici", in cui si conservano ben due grandezze fisiche, l'energia cinetica e la quantità di moto. Sono caratteristici di corpi rigidi che non si deformano - e quindi non dissipano energia - nello scontro. Poiché le sfere sono identiche e allineate in fila indiana, la conservazione delle grandezze sopracitate si traduce nella conservazione del numero di sfere mosse all'altro capo della fila. Non è sempre così: pensa, ad esempio, al gioco della carambola in cui la pallina bianca colpita dalla stecca urta esattamente al centro, cioè nel punto di contatto fra loro, altre due palline disposte frontalmente. In questo caso dopo l'urto ho il doppio della massa in gioco che si mette in movimento per cui la velocità ne risulta dimezzata, non solo nell'intensità ma anche nella direzione. Insomma con la fisica dietro gli urti puoi prevedere la traiettoria delle palline in gioco!
Oltre agli urti elastici esistono anche quelli anelastici che avvengono quando i due corpi che urtano rimangono incollati tra loro (esempio, un proiettile che si conficca in un sacco di sabbia): si conserva la quantità di moto del sistema, ma non si conserva l'energia cinetica (l'energia viene dissipata in altre forme di energia, esempio deformazione o calore).
Quello del museo è un esempio di urto quasi elastico; l'urto perfettamente elastico esiste solo nel mondo ideale!
