Bilancia di torsione di Coulomb

Scheda rielaborata dal dott. Fabio Panfili

Immagine da: Elementary Treatise on Physics Experimental and Applied translated from Ganot's Éléments De Physique by E. Atkinsons, W. Wood & Co., New York, 1910

Bilancia di torsione Coulomb

Numero di Inventario	65
Nome dello strumento	Bilancia di Coulomb

Dati scientifici

Epoca	-
Costruttore	-
Dimensioni (in mm.)	300 (diametro), 730 (altezza)
Materiali	legno, vetro, ottone, scala di carta, altri metalli.
Descrizione	Lo strumento poggia su una base di legno ed è costituito da un cilindro di vetro con coperchio sormontato centralmente da una colonnina di vetro. Questa termina in alto con un sistema per ruotare il filo a cui è appesa una bacchetta di vetro, ben bilanciata ed orizzontale, che porta ad una estremità una sferetta che potrebbe essere di leggero materiale isolante verniciato con uno strato di oro o di qualche materiale conduttore. Detto sistema ha una scala incisa sul metallo e un indice, con una manopola, come si vede in un particolare dell'unica foto a disposizione. Sul cilindro di vetro più grande vi è una scala circolare disegnata su una striscia di carta che serve per la misura di angoli. Da ciò che si vede nella foto pare che manchi la bacchetta estraibile, che porta alla sua estremità in basso l'altra sferetta di dimensioni identiche a quella della bacchetta sospesa (vedere la figura).
Funzionamento	La manopola posta sulla colonnina centrale serve per porre l’astina sospesa sullo zero della scala prima di iniziare l’esperimento, con la sferetta nella posizione opposta allo zero. La bacchetta verticale (vedere la figura) si estrae per caricare la sferetta che poi va messa in contatto con la prima per ottenere la stessa quantità e lo stesso tipo di cariche su entrambe le sferette in modo tale che esse si respingono. Dopo alcune oscillazioni, la sferetta posta sulla bacchetta appesa rimane ferma a una distanza tale che il momento della forza di repulsione è uguale al momento di torsione del filo. La lettura dell’angolo di rotazione raggiunto all’equilibrio serve per misurare la forza tra la sfera carica posta all’estremità della bacchetta e l’altra sfera posta vicino ad essa. Ovviamente si conosce già l’effetto che provoca la torsione del filo mediante un preventivo esperimento di taratura. Misurando dunque l’angolo di rotazione della bacchetta per diversi valori della distanza fra i centri delle sfere con cariche uguali, Coulomb dimostrò che la forza tra le sfere cariche è proporzionale all’inverso del quadrato della distanza, confermando che le forze elettriche di repulsione fra le cariche dello stesso segno e di attrazione tra le cariche di segno opposto sono inversamente proporzionali al quadrato della distanza tra le cariche. All’epoca non esisteva un metodo per misurare quantitativamente la carica di un oggetto; ma Coulomb ricorse alla simmetria. Prima dimostrò che per caricare una sfera inizialmente scarica la si mette in contatto con un’altra già carica e che, se le due sfere sono identiche, la carica si riparte tra di esse in uguali quantità. La cosa si può verificare avvicinando ciascuna sfera ad un elettroscopio e osservando l’uguale divergenza delle foglioline. Inoltre, disponendo di una sfera carica e mettendola in contatto con altre sfere identiche in successione, si possono ottenere la metà, un quarto, un ottavo ecc. della quantità iniziale della prima sfera. In questo modo Coulomb dimostrò sperimentalmente che le intensità delle forze tra due cariche sono proporzionali al prodotto delle cariche. Lo strumento realizzato da Coulomb è delicato e sensibile a vibrazioni, variazioni di temperatura, presenza di eventuali cariche esterne; l'aria e di conseguenza i supporti devono essere completamente asciutti, al fine di ridurre al minimo, per quanto possibile, la perdita di cariche elettriche; questo risultato si otteneva in quegli anni inserendo nel cilindro di vetro una capsula contenente cloruro di calcio. Coulomb stabilì anche la legge di Coulomb con il metodo delle oscillazioni, che è particolarmente applicabile al caso dell'attrazione, poiché in questo caso si riscontrano difficoltà nell'esperimento con la bilancia di torsione. Ma questo procedimento, pur se più preciso, è più complesso.
Bibliografia	A. S. Goldhaber e M. M. Nieto, La massa del fotone, Le Scienze, N° 97, Sett. 1976. F. Cajori, A History of Phisics, Macmillan & Co. LTD London, 1917. Directors: G. Holton, F. J. Rutherford, F. G. Watson; The Project Physics Course, Unit 4, Holt Rinehart & Winston Inc. New York, Toronto, 1970. Oppure: AA. VV. Progetto Fisica B, Zanichelli, Bologna, 1986. Elementary Treatise on Physics Experimental and Applied translated from Ganot's Éléments De Physique by E. Atkinsons, W. Wood & Co., New York, 1910.

Eventuale iscrizione	Nella parte alta della colonnina; non leggibile nell'unica foto a disposizione.
Inventore	Charles Augustin de Coulomb (1736 – 1806) nel 1785.

Dati storici

Data di entrata	-
Inventario	-
Vecchi numeri di inventario	68
Donato - comperato - provenienza	-

Dati relativi al restauro

Stato di conservazione	Dall'esame della foto manca la bacchetta estraibile che porta alla sua estremità in basso l'altra sferetta.
Descrizione interventi effettuati	Nessuno
Utilizzazione per la didattica	Lo strumento è utilizzato per determinare la legge di interazione elettrostatica fra due cariche

Dati relativi alla conservazione

Armadio	P
Ripiano	4
Scheda tecnica del produttore	No
Collocazione	Aula Valerio Mengarini

Sitografia

Link	Descrizione
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