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LAB2GO Scienza

La pallina e il phon: equilibrio tra le forze

Descrizione

Il primo principio della dinamica (o principio d'inerzia) afferma che se la risultate delle forze che agiscono su un corpo è nulla, allora, se il corpo è in quite, esso rimarrà in quiete; se il corpo è in moto, esso continuerà a muoversi di moto rettilineo uniforme.
Per verificare il principio d'inerzia, possiamo effettuare un semplice esperimento utilizzando una pallina da ping pong ed un phon.

Appoggiamo la pallina sulla bocca del phon e accendiamo il phon. Con un pò di mano ferma vediamo che la pallina rimane in sospensione ad una certa altezza, che chiamiamo h. Questo avviene perché sulla pallina vengono esercitate due forze: la forza di gravità, che chiamiamo $\vec{F_g}$, e la forza dell'aria del phon, che chiamiamo $\vec{F}_{phon}$. Le due forze hanno la stessa direzione ma verso opposto, la forza gravitazionale attrae la pallina verso il basso mentre la forza dell'aria del phon spinge la pallina verso l'alto. All'altezza h, l'intensità della forza gravitazionale è uguale all'intensità della forza dell'aria del phon. La risultante, ovvero la somma vettoriale delle due forze, è nulla a quella determinata altezza:

$\vec{F}_{phon} + \vec{F_g} = \vec{0}$.

Si ha, quindi, l'equilibrio tra le forze e, per il primo principio della dinamica, la pallina rimane sospesa.
Possiamo notare che, nel momento in cui accendiamo il phon, la pallina si stacca dalla bocca del phon e comincia a salire fin quando non raggiunge l'altezza h. Ad altezze minori di h, la forza che l'aria del phon esercita sulla pallina è maggiore della forza gravitazionale, quindi la pallina è spinta verso l'alto. Analogamente, se accendiamo il phon e lasciamo cadere la pallina da un'altezza maggiore di h, la pallina scenderà fino a quando non si troverà esattamente all'altezza h. Ad altezze maggiori di h la forza gravitazionale è maggiore della forza dell'aria che esce dal phon, quindi la pallina è attratta verso il basso.
In questi ultimi due casi, cioè altezza minore di h e altezza maggiore di h, entra in gioco il secondo principio della dinamica che afferma:

“Il mutamento di moto è proporzionale alla forza motrice impressa e avviene nella direzione della linea retta in cui quella forza è impressa”.

A questo punto abbiamo tutte le conoscenze necessarie per effettuare l'esperimento della pallina e del phon.

Strumenti

Strumenti necessari Descrizione
pallina da ping pong basta una normale pallina da ping pong
phon basta un normale phon asciugacapelli

Realizzazione

Per realizzare l'esperimento vi basterà poggiare la pallina da ping pong sulla bocca del phon inizialmente spento. Effettuando questa operazione preliminare, stiamo già sperimentando il primo principio della dinamica. Infatti vediamo che la pallina rimane appoggiata sulla bocca del phon poiché la reazione vincolare, che il phon esercita sulla pallina, bilancia la forza gravitazionale che tende a spingere la pallina verso il basso.
Facciamo ora un ulteriore passo ed accendiamo il phon. A questo punto vediamo che la pallina rimane ferma ad una certa altezza che chiamiamo h. A questa particolare altezza h, la forza dell'aria che esce dal phon è uguale e contraria alla forza gravitazionale esercitata sulla pallina. La pallina, quindi, non si trova ad un'altezza minore perché la forza dell'aria che esce dal phon sarebbe maggiore della forza gravitazionale e non si trova ad un'altezza maggiore perché la forza gravitazionale risulterebbe maggiore della forza dell'aria che esce dal phon.
L'esperimento è concluso ma potete provare a vedere a quale altezza rimane ferma la pallina se aumentate la potenza del phon.
Ora che siete diventati esperti di phon, palline ed equilibrio tra forze saprete sicuramente rispondere a questa domanda: aumentando la potenza del phon, la pallina fluttuerà ad un'altezza maggiore o minore della precedente?

Sitografia

Link Descrizione
You Math Il primo principio della dinamica: enunciato e spiegazione
You Math Il secondo principio della dinamica: enunciato e spiegazione
YouTube Primo principio della dinamica, Amaldi Zannichelli

Schede didattiche

Purtroppo non sono ancora presenti schede didattiche per questo esperimento.

Schede didattiche Descrizione
fisica/esperimenti_a_casa/pallina_phon.txt · Ultima modifica: 2020/11/18 13:06 (modifica esterna)