Il sensore di distanza, utilizzato nello studio sperimentale del movimento, si comporta come un osservatore in grado di valutare la distanza di un corpo mobile ad intervalli di tempo regolari, per una determinata durata. L’intervallo di tempo tra due campionamenti e il numero dei campionamenti possono essere prestabiliti dall’operatore.

Il vantaggio più importante di questo modo di sperimentare è dovuto alla possibilità di risalire a tutte le caratteristiche del moto di un corpo attraverso l’analisi dei grafici della distanza, della velocità e dell’accelerazione in funzione del tempo. L’apprendimento della dinamica risulta così più facile, immediato, divertente e stimolante.

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Principio di Funzionamento

Il sensore di distanza è praticamente un sonar capace di emettere brevi impulsi di ultrasuoni che occupano una regione di spazio a forma di cono con una apertura di circa 15° - 20°, e di ricevere gli impulsi riflessi dall’oggetto in movimento. Il sistema di acquisizione dati, al quale è collegato il sensore, misura l’intervallo di tempo impiegato da ogni singolo impulso a percorrere la doppia distanza tra mobile e sensore. Utilizzando questo dato e la velocità delle onde acustiche nell’aria, il sistema è in grado di tracciare il grafico delle distanze in funzione del tempo.

Il sistema di riferimento del movimento, connesso col sensore di posizione, è una semiretta orientata uscente dal sensore stesso. Ne consegue che le distanze sono sempre positive, crescenti quando il mobile si allontana, decrescenti quando si avvicina. La velocità, invece, è positiva nel primo caso, negativa nel secondo.Va detto che l’orientamento del sistema di riferimento può essere invertito operando col programma.

Specifiche

Le caratteristiche tecniche del sensore di distanza sono le seguenti:

- frequenza degli ultrasuoni 40 kHz
- risoluzione 1 mm
- massima distanza rilevabile 6 m
- minima distanza rilevabile 0,45 m

Suggerimenti

Per ottenere buoni grafici col sensore di distanza è necessario osservare le seguenti norme.

Controllare se vi è un oggetto fisso (sedia, tavolo, ecc.) nel cono degli ultrasuoni. Anche se l’oggetto è piccolo, ma si trova più vicino al sensore rispetto al mobile, può procurare interferenze dannose. Se tale oggetto è inamovibile, si può ovviare all’inconveniente ricoprendolo con un panno o altro materiale che non rifletta le onde ultrasoniche.
	Tenere presente che il cono degli ultrasuoni si estende anche al di sotto dell’asse centrale e questo può provocare inconvenienti quando si usa il sensore su una superficie rigida. In questo caso è consigliabile ruotare la parte mobile del sensore per puntare i segnali leggermente più in alto.

Collegamento con una Calcolatrice TI

Il collegamento del sensore di distanza con una calcolatrice TI, può essere effettuato con l’interfaccia CBL2 oppure con l’interfaccia LabPro. Poichè il sonar fornisce segnali digitali, è necessario collegare il sensore con la porta DIG/SONIC dell’interfaccia. Di queste porte, nella CBL2 ve n’è una, nel LabPro ve ne sono due. La gestione dei dati è quanto mai semplice utilizzando il programma PHYSICS in italiano che può essere richiesto direttamente alla M.A.D. Le calcolatrici TI-89 , TI-89 VSC e TI-92+, vengono fornite dalla M.A.D., a richiesta, già programmate con PHYSICS.
Il corretto collegamento sensore-interfaccia-calcolatrice è mostrato in figura.

Collegamento con un Computer

Il collegamento del sensore di distanza con un computer (PC oppure MAC), può essere effettuato soltanto tramite l’interfaccia LabPro. Il suo utilizzo implica che nel computer sia stato caricato il software Logger Pro eventualmente con l’aggiornamento in lingua italiana.
Il collegamento tra l’interfaccia e il computer si ottiene tramite il cavo USB, oppure con il cavo seriale, contenuti nella confezione del LabPro.La funzione di autodetect consente a Logger Pro di conoscere il tipo di sensore collegato all’interfaccia, e dunque di presentare i grafici più adatti per lo studio dei fenomeni. Quando all’avvio del programma Logger Pro rileva la presenza di un sensore di distanza, vengono mostrati tre grafici: della distanza, della velocità e dell’accelerazione.