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fisica:esperienze:ruota_sgabello

LAB2GO Scienza

Ruota di Bicicletta-Sgabello-Studente

Descrizione

Il sistema “Ruota di Bicicletta-Sgabello-Studente” è composto da uno sgabello posto su una base di ferro libera di roteare e una ruota di bicicletta con due maniglie, che ne permettono la rotazione. Quest’ultima viene mantenuta saldamente alle estremità dalla persona che siederà sullo sgabello, che allo stesso tempo assiste alla forza esercitata dal sistema.

Formule

p=m*b*d

p=m*ω*d2

ptot=2*m*ω*d2=K

2*m1*d21=2*m2*d22

Detto cio` se diminuisce la distanza, aumenta la velocita`angolare. Se invece la distanza aumenta, la velocita`angolare diminuisce.

Esperienza

Lo studente seduto sullo sgabello rotante è inizialmente fermo e sostiene la ruota di bicicletta in moto con velocità angolare ω. Girerà l’asse della ruota di 180°. Tutto il sistema Bicicletta –Ruota Sgabello inizia a ruotare in senso antiorario con velocità angolare -ω.

Quello del sistema Sgabello-Studente è 0, quindi il momento totale è pari a LR. Dopo il cambiamento, il momento della ruota è -LR; per conservare il momento totale (che era pari a LR), il momento del sistema Sgabello-Studente deve essere pari a 2LR. I due sottosistemi non sono isolati. Nel girare l’asse della ruota, lo studente esercita un momento di forza sulla ruota e, al contempo, per il principio di azione e reazione, la ruota esercita un momento uguale e contrario sullo studente costringendolo a ruotare.

Il fenomeno, che non è un fenomeno ma una conseguenza delle leggi della meccanica, è dovuto alla “precessione forzata” dell'asse della ruota. La ruota gira con una velocità angolare propria (spin) pari a Ω⃗, mentre l'uomo seduto tiene l'asse orizzontale. Se l'uomo “forza” l'asse a ruotare nel piano verticale con una velocità angolare ω⃗, nasce una coppia di forze, di momento M⃗ il cui vettore è perpendicolare al piano dei primi due, che fa ruotare l'asse della ruota, quindi lo studente e la sedia, nel piano orizzontale. La precessione forzata si sfrutta anche in applicazioni pratiche, come per esempio nelle bussole giroscopiche delle navi. Ma le cose sono molto più complicate. Nella precessione che normalmente si studia con riferimento a una trottola, all'asse del corpo che ruota è applicato un momento, che causa la velocità angolare di precessione: nel caso della trottola il momento è dovuto al peso. Nella precessione forzata invece, all'asse del corpo è impressa una velocità angolare di precessione, che fa nascere una coppia: i due fenomeni sono uno il reciproco dell'altro, perché la coppia deviatrice a sua volta induce precessione. Il risultato finale è che l'asse della rotazione propria (spin) tende a coincidere con l'asse della coppia.

Sitografia

Link Descrizione
Matematicamente.it Definizione
science.unitn.it Spiegazione
YouTube Video
fisica/esperienze/ruota_sgabello.txt · Ultima modifica: 2019/09/23 14:30 (modifica esterna)