Cos’è il laboratorio RTL?
 RTL significa Real Time Laboratory,
ossia Laboratorio in tempo reale (detto
anche Laboratorio on line)
 Esso è basato su tre elementi
fondamentali:
 i sensori (o sonde)
 l’interfaccia
 il computer (dotato di un opportuno
software)
Perché il laboratorio RTL?
 Il laboratorio RTL si basa sui moderni
strumenti tecnologici forniti dallo sviluppo dei
calcolatori e dell’elettronica digitale
 Esso ha avuto, negli ultimi anni, grande
sviluppo e progressiva diffusione, anche a
livello scolastico
 Ma perché si dovrebbe sostituire il laboratorio
didattico tradizionale con questi nuovi
strumenti tecnologici?
 I motivi sono molti: cercheremo di evidenziare
i principali
Come si fa una misura oggi?
 Nei laboratori di ricerca reali (non quelli
didattici) le misure vengono fatte, al giorno
d’oggi, quasi sempre con apparecchi
connessi ad un computer
 È perciò importante che gli studenti possano
utilizzare apparati di misura che, almeno
qualitativamente, si colleghino all’effettiva
ricerca scientifica odierna
Il metodo scientifico
 Si sente parlare molto, negli ambienti
più vari, di metodo scientifico, ma pochi
sanno che cosa sia precisamente
 Certamente non è il metodo con cui
vengono insegnate a scuola,
tradizionalmente, le materie scientifiche!
 Vogliamo quindi provare a proporvi un
modo di avvicinare la Fisica simile a
quello che praticano gli scienziati veri
Lo strumento di misura universale
 Nel laboratorio RTL si usa in realtà un unico
strumento di misura universale:
 esso è costituito dall’insieme sensore + interfaccia
+ computer
 Naturalmente si userà un sensore diverso per
ogni tipo differente di grandezza fisica che si
vuol misurare; ma lo strumento si rapporta
con l’utente sempre nella stessa maniera!
Ruolo attivo e motivazione
 Col laboratorio RTL è più facile organizzare l’attività
didattica in modo che lo studente esegua in prima
persona misure ed esperimenti
 Anche se il laboratorio dispone di una sola copia
dell’attrezzatura (sensore + interfaccia), la relativa
abbondanza di computer nelle scuole superiori rende
possibile quanto meno l’analisi individuale dei dati
sperimentali!
 Tutto questo, come ben sappiamo, aumenta la
motivazione degli studenti nei confronti dell’attività
sperimentale
Come funziona?
 Come abbiamo gà detto, lo strumento
universale è costituito dall’insieme sensore +
interfaccia + computer
 L’interfaccia è necessaria (quasi sempre) per
convertire i segnali (elettrici) provenienti dal
sensore in informazioni “comprensibili” al
computer
 L’interfaccia da noi utilizzata si connette al
computer tramite l’ormai diffusissima porta
USB (Universal Serial Bus)
Acquisizione di dati con sensori
 Si utilizza un sensore per trasformare la grandezza
oggetto in una più facilmente misurabile
 La misura consiste nella conversione della grandezza
da misurare nel risultato della misura, tramite una
funzione di trasferimento
 Per dare significato alla misura bisogna eseguire la
taratura del sensore
Diversi tipi di sensori
 Sensori a risposta digitale
 danno in uscita direttamente un numero, che esprime il
valore della grandezza misurata
 Sensori a risposta analogica
 danno in uscita una corrente o una tensione elettrica, il
cui valore dipende dalla grandezza misurata
Sensore analogico
 I sensori analogici producono un segnale continuo
Y(t): corrente o tensione
 Il sistema di utilizzazione (calcolatrice grafica o
computer) accetta solo valori numerici discreti delle
grandezze
 Il convertitore rende compatibile il sensore analogico
con il sistema di utilizzazione
Convertitori analogico-digitali
(ADC)

Nell’acquisizione RTL il segnale analogico deve essere
digitalizzato


I convertitori ADC (Analogic Digital Converter)
eseguono la digitalizzazione di un segnale analogico
Se il segnale arriva dal sensore già in formato digitale
non c’è invece bisogno di conversione
L’interfaccia LabPro
 Memorie Flash aggiornabili
 Possibilità di acquisizione indipendente dal calcolatore
 Frequenza massima di lavoro (non vale per tutte le sonde):
50kHz
 Tempo minimo tra due campionamenti successivi: 20 ms
 4 canali analogici
 2 canali digitali
 Una uscita analogica ± 3 V 100 mA (il quarto canale analogico)
 12 bit di conversione ADC
 Memoria dati interna fino a 12000 punti
Software per la gestione dell’interfaccia
LabPro con il PC
 LoggerPro permette di collegare l’interfaccia LabPro
alla porta USB del PC
 Il software riconosce automaticamente l’interfaccia e i
sensori ad essa collegati
 Permette la calibrazione dei sensori e l’azzeramento
 Consente una frequenza di campionamento che
dipende dal tipo di sensore
 Permette la lettura in tempo reale dei grafici e l’analisi
dei dati sperimentali
Qualunque fit curvilineo!
 A differenza di altri software (ad esempio il foglio
elettronico Excel), LoggerPro è in grado di realizzare
il fit di un insieme di dati mediante una qualsiasi
funzione definita dall’utente
 L’unico limite è il numero di parametri contenuti nella
funzione, che non può superare 6
 Si possono realizzare fit sia automatici sia manuali
 La curva interpolatrice può essere visualizzata nel
grafico insieme ai punti sperimentali
Sonar
 Sensore digitale; il sonar rileva il tempo di andata e ritorno di un
impulso ultrasonoro di frequenza circa 49 KHz
 È predisposto per lavorare in aria in condizioni standard di
umidità alla temperatura di 20°C
 Emissione e ricezione avvengono dallo stesso dispositivo
 Durante l’emissione il sensore non può ricevere:
 questo corrisponde alla presenza di una zona “buia” davanti
all’emettitore di circa 25 cm
 La massima distanza rilevabile è circa 6 m
 Il fascio si allarga con un cono di circa 20°
 Range: 0.25 - 6m
 Sensibilità: 1mm
 Temperatura standard della taratura: 20°C
Sensore di forza
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
Sensore analogico; il funzionamento del sensore si basa sulla proprietà
delle resistenze a film sottile: sottoposte ad allungamento od
accorciamento variano la propria resistenza in modo proporzionale alla
forza applicata
Nel sensore utilizzato le resistenze sono inglobate su film di plastica
incollati alla superficie del campione che è sottoposto allo sforzo
La variazione di resistenza viene letta mediante un ponte di
Wheatstone
La variazione di resistenza viene tradotta in una tensione nel range 0-5
volt
Anche questo sensore è sensibile alla temperatura
Range: ± 10N e ± 50 N
Sensibilità (dipende da ADC dell’interfaccia):
 Scala ± 10N: 0.02 N con CBL 2
0.006 N con LabPro

Temperatura di funzionamento standard: 20°C
Termometro

Sensore analogico; i sensori sono dei termistori, cioè resistori a
semiconduttore la cui resistività dipende dalla temperatura:
 può aumentare con la temperatura (PTC)
 o diminuire con la temperatura (NTC)

I termistori sono costituiti da materiali policristallini misti ad ossidi

I coefficienti di temperatura sono circa un ordine di grandezza maggiori
che nei metalli

Range: –25 +125 °C

La sensibilità varia nelle diverse zone del range di funzionamento:
 0.03 °C tra 0 e 40 °C
 0.1 °C fino a 100°C

La capacità termica del termometro va determinata sperimentalmente
Sonda di tensione
 È un sensore analogico
 Può misurare tensioni nell’intervallo 10 volt
 Il puntale nero è connesso a massa; bisogna tenerlo
presente soprattutto se si usano più sonde
contemporaneamente
 La sensibilità è pari a 5 mV se la sonda è collegata a
LabPro
 Esisteva in passato un’altra versione della sonda,
denominata raw voltage probe, che misurava tensioni
da 0 a 5 V; ora non è più in produzione
Sonda di tensione differenziale
 È un sensore analogico
 Può misurare tensioni nell’intervallo 6 volt
 Nessuno dei puntali è connesso a massa; questo
consente di utilizzare contemporaneamente più
sonde per misurazioni indipendenti (nessun estremo
in comune)
 La sensibilità è pari a circa 3 mV se la sonda è
collegata a LabPro
 L’impedenza di ingresso è di 10 M
Sensore di moto rotatorio
 È un sensore analogico
 Misura angoli di rotazione in senso orario o antiorario
 Ha una sensibilità dell’ordine di un grado
sessagesimale
 Può essere utilizzato per varie misure; è in grado di
misurare la posizione angolare, da cui si possono
calcolare velocità e accelerazione angolari
 Il particolare, è utile per lo studio del moto di un
pendolo
RTL- Operazioni tipiche
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Scegliere i sensori per le misure da eseguire
Collegare l’interfaccia al PC e i sensori all’interfaccia
Avviare il PC e lanciare il programma di
acquisizione (LoggerPro): il programma riconosce
automaticamente i sensori
Eseguire la calibrazione dei sensori
Scegliere la frequenza di campionamento dei dati e
il numero di dati da raccogliere
Iniziare la raccolta dei dati; in generale la misura
delle grandezze viene presentata sullo schermo in
funzione del tempo
Esempio
Cosa faremo
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Al termine di questa presentazione
cominceremo ad esaminare in dettaglio il
funzionamento del sistema RTL, in particolare
del software LoggerPro
Ogni gruppo avrà a disposizione una postazione
dotata di:
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computer con software LoggerPro
interfaccia LabPro
sonar (sensore di posizione)
sensore di forza
sensore di temperatura (termometro)