LEV3 - Sollevare un carico servendosi di un righello imperniato
Scopo: Utilizzando un righello imperniato nel baricentro, in equilibrio sotto l’effetto di forze applicate su ambo i lati,
Materiali:
Righello di legno o di metallo, omogeneo, munito di ganci equidistanti e con un foro circolare in corrispondenza del suo baricentro.
- Sostegno costituito da un treppiede (o piattaforma) pesante, un’asta verticale e un perno orizzontale fisso, di diametro adeguato al foro circolare centrale del righello. Il righello imperniato deve poter ruotare agevolmente (con pochissimo attrito).
- Masse tarate con doppio gancio da 5, 10 e 20 grammi.
- Dinamometro azzerabile secondo la direzione della forza da misurare.
- Una o due aste metriche millimetrate per misurare l'abbassamento del punto di applicazione di una forza e l'innalzamento del punto di applicazione dell'altra forza
Procedimento:
Si impernia il righello in corrispondenza del suo baricentro e si appendono alcuni pesetti tarati ad uno dei suoi ganci.
- Si equilibra il righello applicando dall'altro lato, ad una distanza dal fulcro in rapporto semplice con il braccio dei pesetti, un dinamometro preventivamente azzerato, tenuto con la mano e orientato in modo da esercitare una forza verticale verso il basso. - Si legge la forza indicata dal dinamometro e si misurano le altezze dei punti di applicazione delle due forze.
- Si tira lentamente il dinamometro verso il basso mantenendolo verticale e abbassandone il punto di applicazione di qualche centimetro.
- Si misurano il suo abbassamento e l'innalzamento del punto di applicazione dei pesetti appesi all'altro lato del righello.
- Si ripete il procedimento cambiando i punti di applicazione e i valori delle forze.
- Si confrontano i prodotti (forza) × (spostamento verticale) da ambo le parti
Conclusioni:
Se l'attrito al perno è trascurabile, in tutti i casi sperimentati il prodotto dell'intensità della forza per lo spostamento verticale del suo punto di applicazione risulta, entro i limiti delle incertezze, uguale da ambo i lati del righello.
Esempi:
pesetti a sinistra | dinamometro a destra |
||||||||||
peso |
distanza dal fulcro |
altezza iniziale |
altezza finale |
innalza- |
forza |
distanza dal fulcro |
altezza iniziale |
altezza finale |
abbassamento |
||
40 gp |
6 ganci |
42 cm |
58 cm |
16 cm |
80 gp |
3 ganci |
57 cm |
49 cm |
8 cm |
||
30 gp |
4 ganci |
35 cm |
45 cm |
10 cm |
20 gp |
6 ganci |
59 cm |
44 cm |
15 cm |
||
peso × innalzamento = |
40 × 16 = 640 gp cm |
forza × abbassamento = |
80 × 8 = 640 gp cm |
Estensione:
Il lavoro di una forza si calcola moltiplicando la sua intensità per il suo spostamento nella stessa sua direzione.
Poiché in questo esperimento le forze sono verticali e anche i loro spostamenti (abbassamento, innalzamento) sono verticali i lavori compiuti sono:
lavoro dei pesetti = LP = peso × innalzamento
lavoro della mano = LM = forza misurata dal dinamometro × abbassamento
I due lavori hanno la stessa grandezza ma non sono equivalenti. La differenza tra i lavori compiuti è che la mano che tira il dinamometro compie un lavoro motore, la forza-peso dei pesetti compie un lavoro resistente.
Dopo aver compiuto il lavoro resistente i pesetti, trovandosi più in alto di prima, hanno aumentato la propria energia, mentre la persona che tramite la mano e il dinamometro ha compiuto il lavoro motore ha diminuito la propria energia. Un flusso di energia è quindi passato dalla persona ai pesetti tramite la catena di interazioni che va dalla mano al dinamometro al righello ai pesetti.