Apparecchio centrifugo con due sfere scorrevoli.
Nell’inventario D del 1956 al n° 949 si legge:
“Apparecchio con due sfere scorrevoli per esperimenti sulla forza centrifuga”.
Anteriore dunque al 1956 esso porta due sfere di massa diversa, legate fra loro con una cordicella. Le sfere di legno forate scorrono con basso attrito lungo un`astina montata su un sostegno.
Il dispositivo è didatticamente molto interessante per illustrare tre argomenti: 1) mette in evidenza l’importanza del centro di massa delle due sfere; 2) pone il problema dei sistemi di riferimento; 3) simula, ma solo all’equilibrio, un sistema rotante come quello Terra – Luna.
Per chi è interessato ai sistemi di riferimento, rimanendo nell’ambito della fisica “classica”, è un buon esercizio completare la descrizione degli schemi delle forze in gioco che, nel testo che segue, sono volutamente incompleti. Egli scoprirà che i fenomeni in esame sono un po’ più complessi di come sembra a prima vista in un dispositivo così semplice.
Si chiederà ad esempio perché un oggetto di massa m posto in rotazione tende ad allontanarsi dal centro di rotazione.
Se si pone nel sistema di riferimento non inerziale attribuirà il fenomeno alle forze centrifughe; ma ne seguirà la domanda: “qual’è la causa di queste forze?”.
Se si pone nel sistema di riferimento inerziale attribuirà il fenomeno all’inerzia: ma ne seguirà la domanda: “qual è l’origine dell’inerzia?”.
Per curiosità si può vedere anche l’Apparecchio per la dimostrazione dello schiacciamento polare della Terra, scrivendo “polare” su Cerca.
Per eseguire la prova, una volta posto l`apparecchio sulla macchina rotante, si procede per tentativi per trovare il centro di massa delle due sfere.
La situazione di equilibrio, e la conseguente rotazione delle due sfere, si ottiene quando il centro di massa coincide col centro di rotazione.
Si posizionano dunque le due masse col filo tirato come mostrato nelle foto e nelle figure e si avvia la rotazione aumentando il numero di giri.
Più ci si avvicina alla situazione di equilibrio più diventa necessario aumentare la velocità angolare poiché il lieve attrito tra i fori nelle sfere e la barretta trattiene inizialmente in rotazione le sfere. Dopo di che, se la posizione scelta è errata, entrambe le sfere vengono proiettate verso l`uno o l`altro dei due bordi; se invece si ottiene l`equilibrio le sfere mantengono la loro posizione iniziale anche per un numero di giri relativamente elevato.
Per chiarire meglio quanto detto, le cose vanno viste da due sistemi di riferimento. In quello non inerziale si vedono due forze centrifughe ognuna agente su una massa (in questo sistema non c`è rotazione poiché l’osservatore è nel sistema).
All`equilibrio, cioè quando si vedono, dal sistema inerziale, le due sfere ruotare indisturbate, significa che nel sistema non inerziale le due forze centrifughe sono uguali e opposte e dunque si ha F1 = F2 , cioè m1 · ω2 r1 = m2 · ω2 r2; da cui m1 r1 = m2 r2.
Dove r1 ed r2 sono le distanze dal centro di rotazione, come si vede nella figura 172, e ω è la velocità angolare.
Nel sistema della stanza (considerato approssimativamente inerziale) all’equilibrio si osservano soltanto le due forze centripete dovute al filo (ognuna applicata ad una massa) che provocano il moto circolare.
La figura 172 è tratta da E. Perucca, Guida pratica per esperienze didattiche di Fisica Sperimentale, N. Zanichelli, Bologna 1937.
La figura 859 è a pag. 75 del Catalogue M May 1909 Physical and Chemical Apparatus for Science Laboratories
Central Scientific Co., Chicago U.S.A. . Rinvenibile all’indirizzo:
https://www.sil.si.edu/DigitalCollections/trade-literature/scientific-instruments/pdf/sil14-51679.pdf
La figura 100 è tratta da L. Segalin, Fisica sperimentale, Vol. I, G. B. Paravia & C., Torino 1933.
Foto di Claudio Profumieri, elaborazioni, ricerche e testo di Fabio Panfili.
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