Laboratorio povero: Misura del coefficiente di attrito statico e piano inclinato con uno smartphone
Le componenti della forza peso lungo un piano inclinato! Utilizzo del sensore accelerometro di uno Smartphone. Misura del coefficiente di attrito statico.
Buongiorno, continuiamo oggi con un nuovo articolo dove l’utilizzo dello smartphone e dei suoi sensori ambientali diventa strumento didattico efficace e quasi unico per l’esecuzione di esperimenti di fisica, difficilmente realizzabile a basso costo.
L’esperienza è stata svolta in una classe di Seconda Liceo Scientifico ed in molti punti saranno riportate le parole degli studenti, come sono apparse dalle loro relazioni di laboratorio.
Prima parte: verifica delle componenti della forza peso.
MATERIALE UTILIZZATO:
Smartphone
Piano inclinato , con inclinazione variabile
SVOLGIMENTO
Lungo un piano inclinato di un angolo α rispetto all’orizzontale, un corpo di massa m, poggiato sopra di esso è soggetto alla forza Peso, che si scompone nelle componenti lungo il piano e perpendicolarmente ad esso, secondo le formule:
P//=mgsin(α) (1)
P⊥=mgcos(α) (2)
Dove g è l’accelerazione di gravità del luogo.
Apriamo l’App Physics toolbox suite ed in particolare leggiamo i valori misurati dal sensore accelerometro.
L’accelerazione lungo zeta misura la componente dell’accelerazione a cui è soggetto lo smartphne nella direzione perpendicolare alla superficie di appoggio, x (nel nostro caso) la componente dell’accelerazione lungo il piano inclinato.
La misura dell’angolo di inclinazione del piano può essere effettuata direttamente scaricando l’applicazione Goniometer sul nostro smartphone, che misura l’inclinazione a cui il nostro smartphone è soggetta rispetto all’orizontale.
Al variare dell’angolo α, misurare la componente az ed ax dell’accelerazione
Verificare che tali componenti variano secondo le formule (1) e (2) come:
ax=g*sin(α) e az=g*cos(α)
costruendo una tabella di confronto , al variare dell’angolo, tra i valori teorici e quelli letti dallo smartphone.
L’attività è interessante da un punto di vista didattico, perché permette di affrontare concetti quali componenti di un vettore, forze e componenti, seno e coseno di un angolo.
Seconda parte: misura del coefficiente di attrito statico.
MATERIALE UTILIZZATO:
smartphone
dinamometro
applicazione phisics toolbox suite
spago
più masse sovrapposte (al telefono)
SVOLGIMENTO
Lo scopo dell'esperimento èquello di ricavare il coefficiente dell'attrito statico del telefono su un piano inclinato grazie agli strumenti sopra indicati.
Inizialmente abbiamo constatato, tramite il dinamometro, che il coefficiente dell'attrito statico fosse di 0,2, misurando direttamente la forza di distacco sul piano non inclinato.
Successivamente abbiamo variato l’inclinazione del piano fino a trovare l’angolo a partire dal quale il nostro smartphone inizia a scivolare.
Quest’angolo segna il punto in cui la forza di attrito statico non bilancia più la componente parallela, lungo il piano inclinato, della forza peso.
Si ha
Fattritostatico=P//
μstaticomgcos(α)=mgsin(α) (3)
Dalla (3) è facile notare che il coefficiente μ di attrito statico non dipende dalla massa di appoggio, pertanto anche poggiando sullo smartphone altre masse , l’angolo a partire dal quale lo smartphone inizia a scivolare non cambierà.
L’angolo viene sempre misurato con l’applicazione Goniometer .
La misura del coefficiente di attrito statico deve essere compatibile con quella misurata con il dinamometro entro gli errori.
Conclusioni
L’utilizzo dello smartphone nelle Scienze fisiche è un forte facilitatore procedurale, perché i ragazzi lavorano con un strumento a loro familiare. E’ uno strumento che sentono di “facile” utilizzo, pertanto si “fidano” dei risultati ottenuti.
Gli esperimenti sono riproducibili anche da casa.
Per saperne di più
A. D’Ambrosio Il sensore magnetico degli smartphone nella didattica delle Scienze Fisiche DIDAMATICA 2015 – ISBN 978-88-98091-38-6.
D’Ambrosio, A. (2015). Esperimenti di acustica con uno smartphone. TD Tecnologie Didattiche, 23(3), 176-180. Acoustic experiments with smartphone