Galileo: il peso dell’esperimento
di N. Correale
Attività 2 - Gli esperimenti del piano inclinato e del pendolo
Step 2 – Il moto di una palla su un piano inclinato
La forza che spinge un grave a scivolare lungo un piano inclinato è la stessa che attrae un oggetto verso il basso se viene lasciato cadere. Tuttavia il piano inclinato rallenta il movimento e pertanto permette una misura più precisa dei tempi impiegati a percorrere un certo spazio (lunghezza del piano inclinato), quindi anche di osservare e misurare piccole differenze. Questo è il motivo per cui Galileo ha ideato questo tipo di esperimento.
Nel Blog del progetto 10 Esperimenti per capire la fisica del liceo Fermi di Alghero 
si possono trovare utili suggerimenti per la progettazione e costruzione del piano inclinato.
Di seguito riportiamo, solo per avere un’idea, il materiale occorrente utilizzato riportato nel sito:
- un’asta di alluminio quadrangolare lunga 4,7 m e larga 4 cm (si trova dove vendono porte e finestre in alluminio anodizzato; costo circa 60 euro);
- le campanelle in un negozio per pescatori (2 euro l’una);
- fil di ferro (circa 3 euro) in qualunque Brico Center;
- carta gommata trasparente (circa 2 euro) in un qualunque Brico Center;
- una sfera, possibilmente di acciaio
In ultimo forniamo un simpatico spunto di lavoro: utilizzando un programma software di tipo audio (alcuni, come Nero Start Smart, sono scaricabili anche gratis da Internet), si può registrare il suono dei campanellini e in seguito automaticamente misurare gli intervalli di tempo intercorrenti tra i suoni, che dovrebbero risultare (se il piano è stato costruito con cura) costanti.
La velocità di caduta di un grave su un piano inclinato dipende dal suo peso?
Cosa faccio? Fissata l’inclinazione del piano due biglia diverse vengono fatte rotolare lungo un piano inclinato. Si misura il tempo che i corpo impiegano a percorrere il piano.
Cosa osservo? Il tempo impiegato è lo stesso e le palline aumentano la loro velocità (attenzione! La velocità cambia: incrementa). Si può approfondire la questione determinando il tempo impiegato dalla pallina per cadere da diverse altezze e costruendo il grafico dello spazio percorso in funzione del tempo. Inoltre può essere variato l’angolo di inclinazione del piano per vedere cosa cambia nella legge.
Cosa capisco? Tutti i corpi sono soggetti alla stessa variazione di velocità indipendentemente dal loro peso. Questo è certamente strano perché apparentemente sembrerebbe che più un corpo è pesante più è veloce nella sua caduta in quanto l’attrazione esercitata dalla gravità su un corpo è tanto maggiore quanto maggiore è la sua massa gravitazionale, cioè la proprietà per cui i corpi “sentono” la gravità); se questo non succede è solo perché i corpi hanno anche un’altra proprietà (la massa inerziale) che si oppone al movimento e che è esattamente uguale alla massa gravitazionale. Perciò allo stesso tempo, aumentando il peso di un oggetto, aumenta anche la sua resistenza a muoversi in proporzione al suo peso. Attraverso l’utilizzo di excel, che permette di scegliere quale funzione approssima meglio i dati, oppure dalla tabella dei dati stessi, è possibile guidare i ragazzi alla scoperta della legge ed eventualmente produrre un ulteriore grafico del tempo al quadrato impiegato e dello spazio percorso per visualizzare l’andamento lineare delle due variabili in gioco. In questo modo diventa anche più chiara la connessione che si vuole mettere in risalto con l’esperimento del pendolo che segue. Si può inoltre mostrare che le due grandezze sono legate dalla stessa costante di proporzionalità, che è rappresentata dall’accelerazione di gravità.
Per avere suggerimenti riguardo a come costruire il grafico del tempo impiegato al quadrato rispetto allo spazio percorso, si consulti la simulazione eseguita con geo gebra sotto la voce “misure”:
Eventualmente si può proporre anche agli studenti di consultare il sito per esercitazioni a casa, per vedere come cambia il moto al variare dell’inclinazione dell’angolo del piano.
