Descrizione

La schematizzazione dei corpi come punti materiali può essere riduttiva, in quanto i corpi possono traslare o ruotare intorno a un asse. In questa esperienza verrà analizzato il momento di una forza:

$$\vec{M}= \vec{b} \times \vec{F}$$

dove $\vec{M}$ è il momento della forza (o momento torcente), $\vec{b}$ è il vettore posizione che individua il punto di applicazione della forza (detto anche braccio della forza) e $\vec{F}$ è la forza. Notare che il simbolo $\times$ indica il prodotto vettoriale. Notate che il momento della forza è un vettore.

Sia $\theta$ l'angolo compreso tra $\vec{b}$ e $\vec{F}$. Allora possiamo esprimere il modulo del momento della forza come:

$$M= bF\sin(\theta)$$

dove $b$ e $F$ sono i moduli del braccio e della forza.

L'unita di misura è $N \cdot m$ (Newton per metro).

L'esperienza è incentrata sul verificare l'equilibrio dei momenti attraverso una leva.

Questo è il video dimostrativo realizzato dal borsista Lab2Go a.a.2019/2020 Fausto Casaburo:

Se si appende un peso solo da una parte (forza resistente) bisogna mettere una mano dall'altra (forza motrice) per mantenere l'equilibrio. Il fatto che il fulcro (punto in cui avviene la rotazione) è situato a metà tra la forza resistente e la forza motrice definisce la leva come leva di primo genere. Una leva può essere vantaggiosa o svantaggiosa.

Quando non ci sono carichi la leva è in equilibrio. Assumiamo che da un lato si applichino un carico $c_1$ a una distanza $\vec{b}_1$ e che dall'altro si applichino n carico $c_2$ a una distanza $\vec{b}_2$.

Se si appende un carico $c_1$ di massa $m$ su un lato, la leva ruota poichè agisce un momento maggiore rispetto all'altro lato. Per bilanciare si può applicare un carico $c_2$ (sempre di massa $m$) alla stessa distanza sull'altro lato e la leva ritorna in equilibrio.

Se al posto del carico $c_2$ un pesetto di massa $2m$, avremmo una rotazione nel verso opposto. Per riottenere l'equilibrio, possiamo spostare il carico $c_2$ (di massa $2m$) più vicino al fulcro (che significa diminuire $\vec{b}$ in modo che $\vec{b}_2=\vec{b}_1/2$, ovvero in modo che la distanza sia la metà rispetto all'altro lato. Oppure, si può spostare il peso $c_1$ di massa $m$ a una distanza doppia rispetto a $c_2$, in modo che $\vec{b}_1=2\vec{b}_2$ e si ottiene l'equilibrio.

Strumenti necessari per l'esperimento

Come si fa l'esperimento

1. Misurate la massa dei pesetti con la bilancia.
2. Misurate con il metro le distanze a cui possono essere messi i carichi.
3. Misurate poi gli angoli con il goniometro che si vengono a formare tra il braccio e la forza nelle diverse situazioni.
4. Mettete un carico $c_1$ di massa $m$ da una parte.
5. Osservate che avviene una rotazione.
6. Ristabilite l'equilibrio mettendo un carico $c_2$ di massa $m$ alla stessa distanza dall'altra parte.
7. Sostituite il carico $c_2$ con un pesetto $2m$ e verificate che sia violato l'equilibrio (ovviene una rotazione).
8. Ristabilite l'equilibrio
9. spostando il pesetto $c_1$ a una distanza doppia
10. spostando il carico $c_2$ a una metà della distanza tra il peso e il fulcro dall'altro lato.
11. Calcolate i momenti delle forze nei casi precedenti e verificate che nelle situazioni di equilibrio $\vec{M}_1=\vec{M}_2$

La sitografia relativa all'esperimento