Beatrice Luoni
cl. III G
Data: 12/05/10
a.s. 2009/2010
Luogo: laboratorio di fisica del liceo
Materiale utilizzato
Premessa teorica
Montaggio dell’esperienza
Dati e loro elaborazione
Conclusioni
• Cilindro graduato
• Cronometro analogico
• Shampoo
• Sfere di metallo
• Calibro centesimale
• Righello
• Bilancia elettronica di precisione
• Calamita
• Per definizione di dinamica, enunciazione dei suoi principi e formula
della media aritmetica vedere relazione intitolata “ Verifica del secondo
principio della dinamica”.
•L’attrito è la forza sempre esistente ed opposta al moto, che si
manifesta ogniqualvolta due materiali sono a contatto fra di loro.
•L’attrito di una superficie che rotola sull’altra prende il nome di attrito
volvente.
•L’attrito volvente è 100 volte più piccolo dell’attrito radente, che si ha
quando due superfici strisciano l’una rispetto all’altra.
•L'attrito viscoso è, come in questo caso, l'attrito dei corpi immersi in
un fluido.
•Si dice attrito statico quello che si incontra quando si vuole mettere in
moto un corpo. Invece attrito dinamico quello che si incontra quando si
vuole tenere in moto un corpo.
• La formula per calcolare la forza d’attrito viscoso è: Fa  6rV
quindi l’attrito dipende dalla velocità con cui il corpo si muove nel
fluido.
• La densità è la massa per unità di volume ed è una misura della
“compattezza” della massa di un corpo o di una sostanza. La densità
viene definita mediante la relazione: ρ=m∕v (kg/m³).
•La massa è la grandezza fondamentale che esprime la quantità di
materia contenuta in un corpo. L’unita di misura SI della massa è il
kilogrammo (kg).
•Il volume è la misura dello spazio occupato da un corpo. L'unità di
misura SI del volume è il metro cubo (m³).
• La lunghezza è la grandezza fondamentale che esprime le dimensioni
nello spazio. L’unità di misura SI della lunghezza è il metro (m).
• La bilancia elettronica di precisione indica immediatamente massa
di un corpo con una precisione di 0,01 g.
• Il calibro è uno strumento di misura della lunghezza, adatto a
misurare (con precisione del ventesimo di millimetro in questo caso)
la larghezza di un oggetto, la distanza tra due facce piane in una
concavità, la profondità di un solco o foro.
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• La formula per calcolare il volume della sfera è: V  r
3
• La velocità viene calcolata mediante la formula spazio/tempo
• La formula per calcolare la viscosità del liquido è (dove V è la
velocità):
2 gr 2 ( 

)

sfera
9V lim ite
fluido
la viscosità dinamica si misura in poise (1Poise =0,1Ns/m2).
• Pesare il cilindro graduato sulla bilancia elettronica (abbiamo eseguito tre
prove e calcolato la media aritmetica).
• Riempire il cilindro con il liquido (nel nostro caso shampoo) fino i 250 ml.
• Ripesare il cilindro, questa volta con all’interno il fluido.
• Calcolare il peso netto del liquido (quindi la massa) e il volume per poter
trovare la densità.
• Misurare con il calibro il diametro delle due sfere e pesarle sulla bilancia.
• Calcolare il volume delle sfere per poter trovare la loro densità.
• Determinare due posizioni sul cilindro tra le quali misurare il moto della
sfera (abbiamo scelto 210 e 30, non partiamo da 250 perché il corpo deve
raggiungere la velocità di regime) e misurarne la distanza.
• Lasciar cadere la sfera nel fluido e misurare con il cronometro il tempo che
impiega a compire il tragitto tra le due posizioni precedentemente stabilite.
• Ripetere l’operazione 5 volte per sfera.
• Raccogliere i dati ricavati dall’esperienza e calcolare la viscosità del liquido.
•
Massa cilindro vuoto: 209,59 g
•
Massa cilindro con all’interno il fluido: 464,02 g
1. Massa fluido: m=464,02-209,59=254,43 g
2. Volume fluido:0,25 l=0,25 dm3=0,25∙10-3 m3
3. Densità fluido: 0,25443 kg/ 0,25∙10-3 m3=1017,72 kg/m3
•
Diametro sfera grande: 1,1 cm
•
Diametro sfera piccola: 0,5 cm
4. Raggio sfera grande: 0,55 cm = 5,5 ∙10-3 m
5. Raggio sfera piccola: 0,25 cm = 2,5 ∙ 10-3 m
6. Volume sfera grande: 4/3 π (0,0055)3= 6,97 ∙ 10-7 m3
7. Volume sfera piccola: 4/3 π (0,0025)3= 6,5 ∙ 10-8 m3
•
Massa sfera grande: 5,45 g = 5,45 ∙ 10-3 kg
•
Massa sfera piccola: 0,51 g = 5,1 ∙ 10-4 kg
8. Densità sfera grande: 0,00545/0,000000697=7819,22 kg/m3
9. Densità sfera piccola: 0,00051/0,000000065=7846,15 kg/m3
•
Distanza tra le tacche prestabilite del cilindro graduato: 18 cm=0,18 m
•
Tabelle con gli intervalli di tempo impiegati dalle due sfere a compiere 18
cm:
Sfera grande
Sfera piccola
#
Δt[s]
#
Δt[s]
1
8
1
32,2
2
7,5
2
33,0
3
7,7
3
32,5
4
7,6
4
32,7
5
7,9
5
32,3
10. Media intervalli di tempo sfera grande: 7,74 s
11. Media intervalli di tempo sfera piccola:32,54 s
12. Velocità limite sfera grande:0,18m/7,74s=0,023 m/s
13. Velocità limite sfera piccola:0,18m/32,54s=0,0055 m/s
14. Viscosità A:η=2∙9,8 ∙(0,0055)2∙(7819,22-1017.72)/9∙0,023=19,48 P
15. Viscosità B:η=2∙9,8 ∙(0,0025)2∙(7846,22-1017.72)/9∙0,0055=16,9 P
16.Forza d’attrito sfera grande: 6 ∙ 3,14 ∙ 19,48 ∙ 5,5 ∙ 10-3 ∙ 0,023 = 4,7 ∙10-2 N
17.Forza d’attrito sfera piccola: 6 ∙ 3,14 ∙ 16,9 ∙ 2,5 ∙ 10-3 ∙ 0,0055 = 4,4 ∙10-3 N
La viscosità di questo fluido è risultata 19,48 P con i dati riferiti alla
sfera grande e 16,9 con quelli della piccola, lo scarto percentuale
(per la formula vedi relazione precedente) è del 13 %, quindi la
viscosità è molto simile. Infatti il coefficiente di viscosità del liquido
non risulta influenzato dalla dimensione delle sfere.
Inoltre abbiamo considerato la velocità a partire dalla tacca 230 e non
250 perché l'attrito viscoso si oppone efficacemente alla forza di
gravità e quindi il moto da uniformemente accelerato si trasforma in
breve tempo in rettilineo uniforme.
Infine possiamo dire che la forza d’attrito viscoso dipende dalla
dimensione del corpo che cade e dalla particolare viscosità del fluido;
infatti si è verificato visivamente che la sfera di dimensioni maggiori
arriva prima sul fondo e che il tempo di caduta nel detersivo (troppo
breve per poter essere misurato con il cronometro a nostra
disposizione) è assai minore di quello nello shampoo, vista l'evidente
differenza di viscosità.