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fisica:esperienze:simulazione_molle

LAB2GO Scienza

Guida ai tool di simulazione sulle molle

Sistema fisico di massa e molla

Un punto materiale sottoposto ad una forza elastica segue la legge di un moto armonico. L’intensità della forza elastica a cui è soggetto il punto materiale è proporzionale allo spostamento della molla rispetto alla sua condizione di equilibrio. La costante di proporzionalità è chiamata costante elastica k e dipende dal materiale, numero di sprire e diametro della molla.

Presentazione della piattaforma di laboratorio virtuale

I tool di simulazione di PhET (PhET) curato dall’Università del Colorado consentono l’esplorazione del sistema fisico massa e molla per indagare:

Legge di Hooke (Phet: legge di Hooke)

Massa e molla e moto oscillatorio (PhET: massa e molla e moto oscillatorio)

Nel primo caso come rappresentato in Fig. 1.A si possono impostare:

• costante elastica k • forza appicata

Il tool consente di visualizzare la variazione della lunghezza della molla per raggiungere l’equilibrio, i vettori relativi alla forza applicata e quella elastica ecc.. Nel secondo caso, raffigurato in Fig. 1.B, il set-up per la simulazione consente di impostare:

• costante elastica k • massa del corpo vincolato all’estremità della molla • accelerazione di gravita, per simulare la gravità di altri pianeti • smorzamento

Il tool consente quindi la visualizzazione della dinamica oscillatoria del sistema massa-molla, determinato dallo spostamento del corpo rispetto al punto di equilibrio, con la possibilità di attivare effetti di slow-motion. Sono a disposizione del laboratorio virtuale righello e cronometro. La possibilità di visualizzare grandezze (vettoriali quali accelerazione e velocità e scalari quali le energie) facilita l’analisi e lo studio del fenomeno oscillatorio. Il tool può essere utilizzato in una fase preliminare per fare delle previsioni sul comportamento del sistema favorendo discussioni di gruppo. L’osservazione del moto al simulatore consente quindi il confronto e l’ulteriore discussione.

A B

Fig.1 Setup per la configurazione dei laboratori virtuali: A) legge di Hooke B) moto oscillatorio per sistema massa-molla

Esempio di utilizzo della piattaforma

Il tool per lo studio del moto oscillatorio del sistema massa-molla è stato utilizzato per la misura della costante elastica della molla. Strumenti necessari:

• Righello • diverse masse di valore conosciuto • cronometro

Procedura di misura:

• Appendere la massa alla molla libera di oscillare liberamente impostando lo smorzamento nullo, spostare la massa dalla sua posizione di equilibrio (il riferimento a zero del righello in Fig. 2), misurare il tempo necessario a compiere una decina di oscillazioni e quindi calcolare il periodo T. • Ripetere la misura al variare della massa m. • Riportare su di un grafico T2 in funzione di m e calcolare la costante della molla k dal coefficiente angolare della retta ottenuta (T2=(2π)2m/k ).

Fig.2 Setup per la misura della costante elestica k di una molla con il metodo dinamico.

Strumenti necessari
legge_di_hooke legge di Hooke

Sitografia

Link Descrizione
PhET Tool di simulazione
PhET: legge di Hooke Legge di Hooke
PhET: massa e molla e moto oscillatorio Massa e molla e moto oscillatorio


fisica/esperienze/simulazione_molle.txt · Ultima modifica: 2020/06/12 10:15 da luca.panealbo