Forza e accelerazione

È necessario avere un abbonamento a JoVE per visualizzare questo.  Accedi o inizia la tua prova gratuita.
Force and Acceleration

78,075 Views

08:00 min
April 30, 2023

Panoramica

Fonte: Nicholas Timmons, Asantha Cooray, PhD, Dipartimento di Fisica e Astronomia, Scuola di Scienze Fisiche, Università della California, Irvine, CA

L’obiettivo di questo esperimento è quello di comprendere le componenti della forza e la loro relazione con il moto attraverso l’uso della seconda legge di Newton misurando l’accelerazione di un aliante su cui agisce una forza.

Quasi ogni aspetto del movimento nella vita di tutti i giorni può essere descritto usando le tre leggi del moto di Isaac Newton. Descrivono come gli oggetti in movimento tenderanno a rimanere in movimento (la prima legge), gli oggetti accelereranno quando agiranno su una forza netta (la seconda legge) e ogni forza esercitata da un oggetto avrà una forza uguale e opposta esercitata su quell’oggetto (la terza legge). Quasi tutta la meccanica delle scuole superiori e degli studenti universitari si basa su questi semplici concetti.

Principi

Procedura

1. Configurazione iniziale. La pista d’aria avrà una puleggia collegata a un’estremità. Legare la corda a un’estremità dell’aliante e passarla attraverso la puleggia, dove sarà collegata al peso sospeso. Posiziona l’aliante al segno di 190 cm sulla pista d’aria. Posizionare il timer del photogate al limite di 100 cm. L’aliante stesso ha una massa di 200 g. Tenere l’aliante in modo che non si muova e aggiungere pesi all’estremità sospesa in modo che la massa totale del peso sia pari a 10 g. Una volta che i pesi sono a posto, rilascia l’aliante dal riposo e registra la velocità dell’aliante. Esegui 5 esecuzioni e prendi il valore medio. Calcola il valore teorico per l’accelerazione usando l’equazione 2 e il valore sperimentale dall’equazione 3. Ad esempio, se l’aliante ha una massa di 200 g e i pesi sospesi hanno una massa di 10 g, allora l’accelerazione teorica, dall’equazione 2, è Se la velocità misurata è 0,95 m/s, allora, usando l’equazione 3, il valore sperimentale per l’accelerazione è 2. Aumentare la massa dell’aliante. Aggiungi quattro dei pesi all’aliante, che raddoppierà la sua massa. Rilasciare il sistema dal riposo e registrare la velocità dell’aliante. Esegui 5 esecuzioni e prendi il valore medio. Calcola il valore teorico per l’accelerazione, dall’equazione 2, e il valore sperimentale, dall’equazione 3. 3. Aumentare la forza sull’aliante. Aggiungi più massa al peso appeso in modo che abbia una massa totale di 20 g. Rilasciare il sistema dal riposo e registrare la velocità dell’aliante. Esegui 5 esecuzioni e prendi il valore medio. Calcola il valore teorico per l’accelerazione, dall’equazione 2, e il valore sperimentale, dall’equazione 3. Aggiungi più massa al peso appeso in modo che abbia una massa totale di 50 g. Rilasciare il sistema dal riposo e registrare la velocità dell’aliante. Esegui 5 esecuzioni e prendi il valore medio. Calcola il valore teorico per l’accelerazione, dall’equazione 2, e il valore sperimentale, dall’equazione 3.

Risultati

<img alt="Equation 17" src="/files/ftp_upload/10346/10346eq17.jpg…

Applications and Summary

La seconda legge di Newton è fondamentalmente legata al movimento che le persone sperimentano ogni giorno. Senza alcuna forza, un oggetto non accelererà e rimarrà a riposo o continuerà a muoversi a una velocità costante. Pertanto, se qualcuno vuole spostare qualcosa, ad esempio quando si colpisce una palla da baseball a una certa distanza, è necessario applicare una forza sufficiente. La forza può essere calcolata con un’equazione semplice come <img alt="Equation 21" src="/files/ftp_upload/10346/10…

Trascrizione

1. Configurazione iniziale. La pista d’aria avrà una puleggia collegata a un’estremità. Legare la corda a un’estremità dell’aliante e passarla attraverso la puleggia, dove sarà collegata al peso sospeso. Posiziona l’aliante al segno di 190 cm sulla pista d’aria. Posizionare il timer del photogate al limite di 100 cm. L’aliante stesso ha una massa di 200 g. Tenere l’aliante in modo che non si muova e aggiungere pesi all’estremità sospesa in modo che la massa totale del peso sia pari a 10 g. Una volta che i pesi sono a posto, rilascia l’aliante dal riposo e registra la velocità dell’aliante. Esegui 5 esecuzioni e prendi il valore medio. Calcola il valore teorico per l’accelerazione usando l’equazione 2 e il valore sperimentale dall’equazione 3. Ad esempio, se l’aliante ha una massa di 200 g e i pesi sospesi hanno una massa di 10 g, allora l’accelerazione teorica, dall’equazione 2, è Se la velocità misurata è 0,95 m/s, allora, usando l’equazione 3, il valore sperimentale per l’accelerazione è 2. Aumentare la massa dell’aliante. Aggiungi quattro dei pesi all’aliante, che raddoppierà la sua massa. Rilasciare il sistema dal riposo e registrare la velocità dell’aliante. Esegui 5 esecuzioni e prendi il valore medio. Calcola il valore teorico per l’accelerazione, dall’equazione 2, e il valore sperimentale, dall’equazione 3. 3. Aumentare la forza sull’aliante. Aggiungi più massa al peso appeso in modo che abbia una massa totale di 20 g. Rilasciare il sistema dal riposo e registrare la velocità dell’aliante. Esegui 5 esecuzioni e prendi il valore medio. Calcola il valore teorico per l’accelerazione, dall’equazione 2, e il valore sperimentale, dall’equazione 3. Aggiungi più massa al peso appeso in modo che abbia una massa totale di 50 g. Rilasciare il sistema dal riposo e registrare la velocità dell’aliante. Esegui 5 esecuzioni e prendi il valore medio. Calcola il valore teorico per l’accelerazione, dall’equazione 2, e il valore sperimentale, dall’equazione 3.