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1. L andamento della curva sembra confermare la dipendenza della tensione dal tempo di tipo esponenziale prevista dalla teoria t RC V Ve Ora si pu procedere alla determinazione dell equazione della curva che meglio approssima i dati sperimentali eseguendo le seguenti operazioni dal menu ANALISI si seleziona GRAFICA INTERPOLA 50 si indicano il tempo come variabile x e CANALE 1 tensione come variabile y i seleziona ESPONENZIALE nel menu INTERPOLAZIONE Il valore di B si avvicina in modo significativo al valore previsto dalla teoria dei 100s RC Nel valutare la differenza 2 tra il valore atteso e quello ottenuto occorre anche tener presente che i valori nominali della resistenza e della capacit del condensatore hanno normalmente incertezza maggiore dell 1 51 Capitolo 11 Induzione elettromagnetica Scopo Misurare la forza elettromotrice indotta in una bobina quando fra le sue spire viene fatto passare un magnete e calcolare la variazione del flusso del campo magnetico Allestimento Per questo esperimento sono necessari anche una sonda per la misura della tensione 10 V bobina per es 1200 spire un magnete a forma di sbarra Viene fatto cadere un magnete a sbarra attraverso una bobina collegata al sistema di acquisizione dati Poich non facile centrare a mano l apertura della bobina conviene utilizzare un foglio di carta arrotolato2. Analisi dei dati Dal menu ANALISI alla voce 5 GRAFICO vs TEMPO CANALE 1 si pu rivedere il grafico ottenuto con i dati dell intensit luminosa in funzione dell angolo nel nostro caso da 30 a 150 Il valore dell intensit luminosa va da un massimo iniziale in corrispondenza dell angolo di 30 al minimo per l angolo di 90 polarizzatori incrociati per ritornare al valore iniziale al termine dell acquisizione 150 39 Premendo il tasto F3 Trace ci si sposta sui punti del grafico e se ne leggono le coordinate in basso nel display della calcolatrice Si annota il valore di massima intensit luminosa e quello di minima Ci T F3 F4 FEF GERE oom Trace rRegraph Math DST emma t4 DI CEL Fig pm Grafico della intensit di illuminazione in funzione dell angolo tra i polarizzatori Secondo la legge di Malus il collegamento tra intensit luminosa e angolo pu essere espresso dalla relazione I l cos a essendo Jo l intensit luminosa massima Per confrontare l andamento dei dati sperimentali con la relazione prevista dalla legge di Malus necessario uscire da Physics dopo aver salvato i dati in un file di nome qualsiasi ad esempio polar Dal menu delle applicazioni si seleziona Data Matrix Editor tra le opzioni si sceglie Open e tra i nomi di variabile si seleziona polar Appare sul display uno schema come il seguente La qualit dei filtri e l incertezza nel lo
3. ipotesi di una relazione di proporzionalit diretta tra le due grandezze Per verificarla analizziamo la variazione della tensione in funzione dell intensit di corrente A questo scopo dal menu ANALISI si seleziona GRAFICA INTERPOLA e quindi GRAFICA Si inseriscono i valori dell intensit di corrente in ascissa e quelli della tensione in ordinata Si ottiene cos il seguente grafico 45 DEG AFFROS Grafico della tensione in funzione della intensit di corrente La relazione tra d d p e intensit di corrente appare lineare Interpolando i punti con un fit lineare si ottiene Un Di G S ENTER DEG AFFROK Dati della regressione lineare FUNC 30 30 Il valore dell ordinata del punto di intersezione della retta con l asse delle ascisse B prossimo a zero il valore A 16 1 del coefficiente angolare della retta che rappresenta la resistenza equivalente dei due resistori in serie differisce di circa il 7 dal valore previsto risulta accettabile tenendo conto della teoricamente 15 Q E EoniriceReiranhMinoraul PE 1 xe fCOS54 01 968 HAN DIEG AFFRON EUNC Dati sperimentali tensione vs corrente e retta di regressione precisione 10 del valore nominale dei due resistori utilizzati 46 Capitolo 10 La scarica del condensatore in un circuito RC Scopo Con questo esperimento ci proponiamo di studiare come varia la tensione ai capi di un condensatore in un c
4. Alcuni tipi di torcia 32 si prestano bene all uso Per evitare luce riflessa si pu racchiudere l estremit del sensore di luce con un cilindretto di cartoncino che consenta l arrivo solo della luce diretta Per ridurre il pi possibile gli effetti della luminosit di fondo conviene azzerare il sensore con la procedura illustrata pi avanti Il sensore legge l intensit luminosa in unit di mW cm La lettura va da zero a 1 mW cm a fondo scala E sensibile anche alla radiazione nel vicino infrarosso Esecuzione Accendere la calcolatrice e avviare il programma Physics Programmare l acquisizione dei dati mediante il seguente percorso a Impostazione del sensore di luce Nel menu PREDIP SONDE dopo aver selezionato UNO per impostare il numero delle sonde che si intendono usare si seleziona dall elenco LUCE e come sensore TI Light Probe si accettano le modalit di calibrazione gi impostate e si collega la sonda di luce al canale 1 del CBL b Azzeramento del sensore E bene eseguire l esperienza lontano da fonti di luce intense ma anche in queste condizioni importante eliminare gli effetti della luminosit di fondo Nel menu principale si seleziona AZZERAMENTO Nel menu AZZERAMENTO si seleziona CANALE 1 Per azzerare si preme In questo modo viene posta uguale a zero l intensit della luce dell ambiente in cui si lavora a lampada spenta c Scelta delle modalit di acquisizione dati
5. in modo che il programma entri automaticamente in funzione appena il suono raggiunge un valore di soglia prestabilito Dal MENU PRINCIPALE si seleziona 4 TRIGGERING poi 2 CANALE 1 20 Alla richiesta su quale TIPO DI TRIGGER si preferisce se CRESCENTE o DECRESCENTE si pu selezionare indifferentemente l una o l altra opzione In entrambi i casi come SOGLIA DI TRIGGER si deve scegliere un valore intermedio tra zero e il massimo o il minimo che si pensa possa assumere la tensione Se non si vuole procedere per tentativi conviene fare una prova preliminare senza trigger si programma un acquisizione vedi passo successivo per un tempo totale di qualche secondo e si registra il rumore prodotto dallo scatto della capsula Dai valori che raggiunge la tensione ai capi del microfono nel picco del rumore che si osserva si ricava una indicazione attendibile sulla soglia di trigger Nel nostro caso 0 5 volt SOGLIA DI sore TRIGGER IN l CRESCENTE UNITA 2 DECRESCENTE DEL SENSORE 0 5 TIPO DI TRIGGER TYFE OR USE t4 ENTERI DR ESC La richiesta successiva riguarda il pre trigger cio la porzione di grafico che deve essere registrata prima che la tensione raggiunga il valore di soglia Si digita un valore nell esempio il 5 che consenta di osservare l intero segnale che d il via alla misura PRE MEMORIZZA gp PERCENTOI c Scelta della modalit di acquisizione dati e del tempo di campionamen
6. Impostazione del sensore di pressione Nel menu PREDISP SONDE che riporta l elenco dei sensori si seleziona PRESSIONE Si seleziona l unit di pressione ad esempio kPa 10 Pa Si seleziona il codice del sensore GPS BTA o PS DIN a seconda del modello il codice riportato sulla scatola Si accettano le modalit di calibrazione gi impostate b Scelta delle modalit di acquisizione dati c Nel MENU PRINCIPALE si seleziona ACQUISIZIONE Nel menu ACQUISIZIONE si seleziona ACQUIS DIGITA Su CBL si illumina il led giallo e compare la scritta START per acquisire Premere il tasto START STOP della CBL per acquisire il valore della pressione Compare la scritta DIGITA VALORE Inserire il valore del volume si tratta del primo dato scrivere 21 7 somma del volume della siringa e del tubicino e premere ENTER Spingere il pistone della siringa in modo che il volume diminuisca di 2 cm Selezionare nel menu apparso sul display ALTRI DATI Si illumina il led giallo premere START sul CBL per acquisire il nuovo valore della pressione Compare la scritta DIGITA VALORE Inserire il valore del volume dato che il volume nella siringa ora 18 cm scrivere 19 7 18 1 7 e premere Ripetere le acquisizioni fino al volume di 9 7 8 cm sulla siringa Non conviene usare volumi pi piccoli perch la pressione crescerebbe troppo rischiando di danneggiare il sensore Selezionare nel menu apparso sul display STOP GRAFICO Sc
7. Nel MENU PRINCIPALE si seleziona ACQUISIZIONE Nel menu ACQUISIZIONE si seleziona ACQUIS DIGITA 33 x Il sistema ora pronto per iniziare l acquisizione dei valori dell intensit luminosa e dei corrispondenti valori della distanza lampada schermo inseriti manualmente In questo caso abbiamo iniziato da una distanza di 5 cm ed abbiamo registrato i valori dell intensit d illuminazione corrispondenti a 6 posizioni della lampada ad ogni misura la distanza stata aumentata di 3 o 4 cm Terminata l acquisizione si seleziona STOP GRAFICO Lxct22 uc ast MAIN DEG AFFROH FUNC Si sa che l intensit di illuminazione di una sorgente puntiforme inversamente proporzionale al quadrato della distanza d tra schermo e MINE sorgente Vedremo nella successiva analisi se il grafico conferma come sembra a prima vista tale relazione Analisi dei dati Per verificare la bont dei dati sperimentali si seleziona ANALISI dal MENU PRINCIPALE GRAFICA INTERPOLA dal menu ANALISI e si procede alla ricerca della curva del tipo y bx che meglio approssima i valori registrati L interpolazione corretta nel nostro caso si ottiene selezionando POTENZA nel menu interpolazione 34 Il risultato ottenuto conferma con buona approssimazione il valore previsto dalla teoria Un procedimento alternativo Si pu eseguire l esperimento registrando i dati senza aver prima
8. OK se non si vogliono modificare i valori inseriti Con questa frequenza di acquisizione possibile visualizzare il grafico durante l acquisizione scegliere l opzione 2 inserire i valori ymin 0 ymax 100 yscl 1 cos si predispone la 10 tracciatura in un grafico con la scala verticale per la temperatura che va da 0 a 100 gradi Il sistema cos pronto per acquisire ma bisogna ora predisporre l esperimento d Preparazione dell esperimento Dopo aver posto la sonda al centro del foglio di alluminio figura 1 si piega quest ultimo in due parti cercando di farlo aderire il pi possibile alla sonda stessa Con l asciugacapelli si riscalda il foglio per qualche tempo fino a quando la sua temperatura raggiunge un valore di almeno 50 C Spegnere l asciugacapelli attendere qualche istante perch il sensore si porti alla temperatura del foglio all inizio si ha un forte gradiente termico che si riduce al cessare del riscaldamento Per cominciare l acquisizione dei dati premere Durante la misura sullo schermo della calcolatrice visualizzato il grafico con i valori della temperatura in funzione del tempo La scritta BUSY in basso a destra indica che la misura in corso Ogni volta che il sistema acquisisce un dato compare un punto sul grafico Al termine il programma comunica di avere memorizzato i tempi nella lista L1 e i valori corrispondenti della temperatura nella lista L2 Scegliere CA
9. SONDE che riporta l elenco dei sensori si seleziona TENSIONE 10V b Impostazione del sensore di corrente Nel menu PREDISP SONDE si seleziona CORRENTE In entrambi i casi si accettano le modalit di calibrazione gi impostate c Lettura diretta dei valori di tensione e intensit di corrente Nel MENU PRINCIPALE si seleziona ACQUISIZIONE e poi MONITORAGGIO sul display della calcolatrice possibile leggere i valori di tensione e corrente mentre si sposta il cursore da un estremo all altro del reostato e si pu quindi controllare la correttezza dei collegamenti Dopo aver posizionato il cursore in 44 corrispondenza del valore zero della tensione premere il tasto per tornare al menu ACQUISIZIONE d Scelta delle modalit di acquisizione dati e del tempo di campionamento Si seleziona GRAFICO vs TEMPO si inseriscono il tempo di campionamento 0 05 s e il numero delle acquisizioni 40 Nel nostro caso l esperimento avr la durata di 2 s Il sistema ora pronto per iniziare la registrazione dei dati Si avvia l acquisizione e si sposta manualmente il cursore del potenziometro da un estremo all altro impiegando un tempo di due secondi Analisi dei dati Al termine dell ACQUISIZIONE gt si i visualizzano i i seguenti grafici MOST ci 2S2 USE SETA DR TIFE LECISCANCEL Si nota che la tensione e l intensit di corrente variano nel tempo con lo stesso andamento e questo ci suggerisce l
10. acquisizione si visualizza il grafico con l andamento del suono registrato dal microfono Fir F3 F4 F r F Tools Trace f lt GraFh DrawfF4n Pi 25 Si osserva l andamento sinusoidale del segnale Muovendo il cursore lungo il grafico si possono determinare i valori delle tre grandezze ampiezza frequenza e fase che come noto caratterizzano i fenomeni ondulatori E opportuno per far notare che di queste misure solo la seconda significativa in questo contesto Infatti l intensit del suono riportata in volt dallo strumento dipende da fattori non facilmente controllabili e la fase del tutto casuale perci ripetendo pi volte la misura si otterranno valori di volta in volta diversi La frequenza invece dipende solo da come costruito il diapason e non da come viene eseguita la misura Per determinare la frequenza si torna al menu 3 ANALISI 1 GRAFICA INTERPOLA e si procede in modo da ottenere una regressione sinusoidale Premendo una prima volta si ottiene l equazione della sinusoide con i valori dei relativi parametri La seconda volta si visualizza la curva di regressione sovrapposta ai dati 1 SII 2 763 tradrs 1 12 radi 4 34E 4 002 is 64 gradi EHTER Dal valore di B che corrisponde alla pulsazione si ricava la frequenza f 2 440 Hz 2m in accordo con il valore dichiarato dal costruttore del diapason 26 Se si ripete la misura dopo avere appesantito u
11. esperimenti proposti prevedono l uso di Calcolatrice grafica Voyage M 200 o TI 92 Plus o TI 89 o TI 89 Titanium con il software Physics Interfaccia CBL 2 o LabPro Cavetto nero con connessioni mini jack per collegare CBL o LabPro a calcolatrice Visore View Screen collegato alla calcolatrice se si desidera mostrare a tutta la classe in tempo reale la costruzione dei grafici e l analisi dei dati Diversi allestimenti sono descritti caso per caso nei vari capitoli e le figure iniziali dovrebbero essere di aiuto al montaggio delle apparecchiature Una descrizione sintetica delle istruzioni del programma comuni a tutti gli esperimenti riportata in Appendice Il manuale completo del programma pu essere scaricato presso il sito IRDIS alla voce Download http www fisica uniud it irdis Capitolo 1 La legge di Boyle Scopo Si ricerca la relazione tra pressione e volume per un gas mantenuto a temperatura costante Il gas l aria racchiusa in una apposita siringa collegata a un sensore di pressione Muovendo a mano il pistone si cambia il volume in cui racchiuso il gas e la pressione varia Fig 2 Allestimento Per questo esperimento richiesto anche Sensore di pressione Vernier Gas Pressure Sensor con siringa da 20 cm La versione BTA di tale sensore dotata di connettore per CBL LabPro la versione PS DIN richiede l uso del cavetto adattatore Si collega il sensore di pression
12. pile collegate in serie e si utilizza il potenziometro per variare la tensione applicata In alternativa si pu utilizzare un alimentatore a tensione variabile e corrente continua prestando attenzione ai valori massimi delle due grandezze che i sensori possono tollerare Nel nostro caso collegate le pile alle due 43 estremit fisse del reostato si ottiene una d d p tra un estremo fisso del reostato e il cursore il cui valore cambia al variare della posizione del cursore Con questa tensione alimentiamo il circuito costituito dalle resistenze inserite Con un amperometro costituito da un sensore di corrente opportunamente inserito misuriamo l intensit della corrente che circola mentre un voltmetro sensore di tensione fornir i valori della d d p ai capi del sistema di resistori Si avr cura di mantenere il circuito chiuso solo nel corso dell esecuzione della misura per evitare che le batterie si scarichino prematuramente Si collegano i sensori di corrente e di tensione al CBL2 inserendo i rispettivi cavi nei canali analogici 1 e 2 e mediante l apposito cavetto nero si collega l interfaccia con la calcolatrice Esecuzione Accendere la calcolatrice e avviare il programma Physics Programmare l acquisizione dei dati seguendo il percorso indicato variando manualmente nell intervallo di tempo prestabilito per l acquisizione la tensione applicata a Impostazione del sensore di tensione Nel menu PREDISP
13. sono richiesti Sensore di luce TI Sorgente di luce preferibile laser He Ne o diodo laser Due filtri polarizzatori Si predispone l esperimento come in figura 1 Per impedire l accecamento del sensore di luce opportuno allargare il fascio collocando lungo il percorso una lente divergente in modo che la quantit di luce intercettata sia minore Il sensore legge l intensit 37 luminosa in unit di mW cm La lettura va da zero a 1 mW cm a fondo scala E bene anche ridurre il pi possibile la luce diffusa intercettata dal sensore Si pu eventualmente fare uso della procedura di AZZERAMENTO del sensore per eliminare via software tale valore di fondo Partendo con i polaroid ad assi paralleli in modo che passi la massima quantit di luce si ruota l analizzatore di dieci gradi in dieci gradi fino a 180 misurando ogni volta la quantit di luce che giunge sul sensore Esecuzione Accendere la calcolatrice e avviare il programma Physics Programmare l acquisizione dei dati mediante il seguente percorso a Impostazione del sensore di luce Nel menu PREDISP SONDE che riporta l elenco dei sensori si seleziona LUCE e come sensore TI Light Probe che viene connesso al canale 1 del CBL Si accettano le modalit di calibrazione gi impostate b Acquisizione dati Nel MENU PRINCIPALE si seleziona ACQUISIZIONE e successivamente 3 ACQUIS DIGITA Sul display della calcolatrice compar
14. 20 cm x 20 cm aggf Fig 1 L esperienza si esegue riscaldando con un asciugacapelli un foglio di alluminio ripiegato sopra la sonda di temperatura in poco tempo si raggiunge una temperatura sufficientemente alta e poi il sistema viene lasciato raffreddare in aria L operazione si completa in pochi minuti Esecuzione Accendere la calcolatrice e avviare il programma Physics Programmare l acquisizione dei dati mediante il seguente percorso a Impostazione del sensore di temperatura Nel menu PREDISP SONDE che riporta l elenco dei sensori si seleziona una sonda e poi 8 ALTRO per visualizzare il menu successivo e poi 6 TEMPERATURA Connettere la sonda al canale 1 e premere ENTER Il sensore gi precalibrato b Misura della temperatura ambiente Nell esperienza necessario tenere conto della temperatura ambiente se ne pu misurare il valore direttamente con la strumentazione in uso Nel MENU PRINCIPALE si seleziona ACQUISIZIONE e poi MONITORAGGIO Leggere il valore della temperatura ambiente misurato dalla sonda e premere per uscire Nel nostro caso la temperatura ambiente risultata Ta 28 2 0 1 C c Scelta delle modalit di acquisizione dati Nel MENU PRINCIPALE si seleziona ACQUISIZIONE Nel menu ACQUISIZIONE si seleziona GRAFICO vs TEMPO Inserire 5 secondi come intervallo di campionamento e 40 come numero di campionamenti per una durata di 200 s Selezionare
15. ICO vs TEMPO 29 Si inseriscono il tempo di campionamento e il numero delle acquisizioni Per determinare le frequenze dei due diapason o per verificare che nella sovrapposizione dei suoni emessi dai due diapason in condizioni identiche si ottiene ancora una sinusoide si procede come descritto nel cap 5 tempo di campionamento 0 0001 s 100 dati per un tempo totale di 0 01 s Per cogliere i battimenti si devono selezionare tempi molto pi lunghi 0 001 s con 200 dati per un tempo totale di 0 2 s Con il martelletto si percuotono i due diapason e mentre questi continuano a vibrare si preme per dare il via all acquisizione Analisi dei dati Facendo oscillare i due diapason in condizioni identiche senza manicotto e registrando con il microfono il suono che risulta dalla sovrapposizione si esegue una misura come descritto nel cap 5 Fir F r F4 Fr Toolifzoora FeGraFh Pen UOLT PI Si osserva che il segnale registrato indipendentemente dalle diverse ampiezze e dalla fase dei suoni emessi dai due diapason ha un andamento sinusoidale Si pu controllarne la frequenza seguendo il procedimento descritto nel cap 5 e si verificher che risulta uguale a quella dei due diapason presi singolarmente Dopo avere appesantito uno dei diapason con il manicotto e modificato i tempi di acquisizione come descritto sopra 0 001 s con 200 dati si ripete la misura 30 Fir F3 EM F r F Tools Trace f lt GraFh Drawff4
16. ISI scegliere 4 SELEZ REGIONE e il grafico su cui si vuole operare He DATI filCifre hific EH MENU PRI CIPALE 434 amp MENU AHALIS IHH RAD AFFROH FUNC EREN Posizionare il cursore sul grafico nella posizione corrispondente al limite inferiore dei dati raccolti e premere ENTER F3 FEr For TEST Trace kedr aPh Hath DEE LIMITE IHF 63 Posizionare il cursore sul grafico nella posizione corrispondente al limite superiore dei dati raccolti e premere ENTER Fir F3 FSr For Tools Tract RedraPh Hath DEE LIMITE SUP al termine premere 7 ESCI per tornare al menu principale CERCARE LA CURVA DI REGRESSIONE DEI DATI Dal menu ANALISI scegliere 1 GRAFICA INTERPOLA e poi 2 INTERPOLAZIONE ifre hific EH MENU p i CIPALE 44 amp MENU AHALTIS IHH TYFE OR USE gt t4 ENTER OR CESCI Per i dati da elaborare come ascissa si pu scegliere per esempio 1 tempo o manuale per i dati da elaborare come ordinata si pu scegliere ad esempio 2 canale 1 Scegli asse Scegli asse K_ HAIN RAD AFFROH FUNC RENI THFE OR USE t4 ENTER OR ESC 64 Scegliere la modalit di rappresentazione dei dati Gientrambi OPZIONI GRAFICO TYFE DE USE t4 ENTER OR ESC INTERPOLAZIONE TYFE DE USE t4 ENTER OR ESC Sotto a sinistra finestra con i risultati della regressione e a destra con il grafico dei dati e della curva di regressione PI Fir F3 FU FEr For Fr T
17. Indice PFESENTAZIONE reszere a a Ra pag 2 Istr zioni perl USO cristallini pag 3 Cap 1 La legge di Boyle coseno ria pag 4 Cap 2 Raffreddamento di un corpo pag 9 Cap 3 EVaporazione i Glielo alata pag 15 Cap 4 La velocitadel suono orse pag 19 Cap 5 Studio del suono emesso da un diapason pag 24 Cap Battimenti isori roere era E E E E NEE pag 28 Cap 7 Intensit di illuminazione e distanza pag 32 Cap 8 La polarizzazione della luce pag 37 Cap 9 La prima legge dLOhti i Lori ie iera pag 43 Cap 10 La scarica del condensatore in un circuito RC pag 47 Cap 11 Induzione elettromagnetica pag 52 Appendici Il programma Physics per le calcolatrici TI 89 TI 89 Titanium TI 92 Plus Voyage TE200 acari pag 57 Per approfondite sen si posie anaia oi aaee ah pag 69 Presentazione Questo quaderno il secondo dedicato alla Fisica nella collana di libretti pubblicati da Texas Instruments per la didattica delle discipline scientifiche con l uso delle tecnologie portatili E il frutto dell esperienza maturata nel corso di molti anni da un gruppo di docenti che si riconoscono nell Associazione ADT e hanno sperimentato direttamente la validit dell uso delle tecnologie portatili nel laboratorio di fisica Gli esperimenti descritti riguardano Termolog
18. NALE 1 dal menu GRAFICO per visualizzare il grafico temperatura verso tempo Uscire dal grafico premendo ENTER Se siamo soddisfatti della raccolta dei dati effettuata rispondiamo NO alla richiesta di ripetere o no l acquisizione dati altrimenti ricominciamo la procedura di raccolta 11 Analisi dei dati I dati raccolti della temperatura in funzione del tempo sono riportati in figura 2 TEMP Fig 2 Grafico della temperatura vs tempo La distribuzione dei dati dal valore iniziale di 50 C a quello finale di 29 5 C suggerisce un andamento esponenziale ed logico pensare che tenda asintoticamente alla temperatura ambiente La teoria fornisce con la legge del raffreddamento di Newton il collegamento tra temperatura T e tempo t espresso dalla relazione T T T e T essendo T la temperatura al tempo 0 Ta la temperatura ambiente e k un parametro che dipende sia dalla capacit termica del foglio che dal suo accoppiamento termico con l aria Controlliamo se i dati raccolti sono in accordo con la legge di Newton del raffreddamento A questo scopo tramite le opzioni che il programma mette a disposizione dovremo sottrarre a tutti i dati raccolti il valore di T cos che l andamento della temperatura 7 Ta tenda a zero Prima di tutto opportuno salvare il file dei dati seguendo le istruzioni riportate in Appendice Poi dal menu principale selezionare 3 ANALISI 6 MANIPOLA DATI e successivam
19. TER OR ESC A certe condizioni di impostazione della frequenza di acquisizione compare la seguente finestra con la richiesta di quando tracciare il grafico 1 DOPO ACQUIS ACGU QUANDO TRACCIO RAD AFFROA FUNC Scegliendo la prima opzione il grafico viene tracciato al termine dell acquisizione mentre nell altro caso verr prodotto in tempo reale bisogner fornire i valori massimo e minimo attesi per la grandezza che si misura Successivamente premere per iniziare l acquisizione 61 PREMI ENTER FER ACQUISIRE stra E a TEMPO IH Li CANALE 1 IH LZ EHTER Premere ETER per continuare Nella finestra successiva si pu scegliere di visualizzare un grafico oppure di uscire SCELTA GRAFICO TYFE DE USE t4 ENTER OR ESCI Quando nella precedente finestra si scelto di uscire viene chiesto se si desidera ripetere la raccolta dei dati con le stesse modalit o passare o tornare al menu principale 2 51 454456R IPETO TEKEE THFE OR USE gt t ENTER OR ESC 62 3 ANALISI DATI Dal menu e prmopale ocli ionare 3 ANALOGI nific EE FENDS p i CIFALE MEHU PRINCIPALE 3 44 amp MENU AHAL ISI Hkk RAD AFFEO FUNC THFE OR USE 44 ENTER OR ESCI Le principali opzioni del menu ANALISI sono 1 per cercare le curve di regressione dei dati 4 per selezionare nei grafici parte dei dati raccolti SELEZIONARE PARTE DEI DATI RACCOLTI Dal menu ANAL
20. a 6 volte la lunghezza del tubo 1 25 m La velocit risulta quindi poi t 00235 23 Capitolo 5 Studio del suono emesso da un diapason Scopo Si rileva il suono emesso da un diapason se ne riconosce l andamento sinusoidale e se ne misura la frequenza Si analizzano le variazioni prodotte sul suono quando si aggiunge un peso ai rebbi del diapason Allestimento L esperimento richiede anche un diapason con martelletto e manicotto da inserire ad uno dei rebbi per appesantirlo un microfono collegato all interfaccia Il microfono viene disposto davanti alla cassa del diapason Esecuzione Si accende la calcolatrice e si avvia il programma Physics Si programma l acquisizione dei dati mediante il seguente percorso a Impostazione del microfono Nel menu PREDISP SONDE che riporta l elenco dei sensori si seleziona MICROFONO Il messaggio che compare informa che in assenza di altri sensori il tempo di campionamento deve essere compreso tra 20 s e 100 s b Scelta delle modalit di acquisizione dati e del tempo di campionamento Nel MENU PRINCIPALE si seleziona ACQUISIZIONE e poi GRAFICO vs TEMPO Si inseriscono il tempo di campionamento 0 0001 s e il numero delle acquisizioni 100 per un tempo totale pari a 0 01 s Con il martelletto si percuote il diapason senza manicotto e mentre questo continua a vibrare si preme per dare il via all acquisizione Analisi dei dati Al termine dell
21. a forma di cilindro e inserito nella bobina come guida per la caduta del magnete Il fenomeno si svolge in tempi brevissimi e per misurare la tensione indotta ai capi della bobina dovremo sincronizzare l inizio della acquisizione dati con la caduta utilizzando una modalit di trigger predisposta nel software 52 Esecuzione Accendere la calcolatrice e avviare il programma Physics Programmare l acquisizione dei dati mediante il seguente percorso a c Impostazione della sonda di tensione Nel menu PREDISP SONDE che riporta l elenco dei sensori selezionare 8 ALTRO per visualizzare il menu successivo e in questo scegliere 2 TENSIONE 10V Connettere la sonda al canale 1 e premere ENTER Il sensore gi precalibrato Impostazione del trigger Nel MENU PRINCIPALE si seleziona TRIGGERING Scegliere 2 CANALE 1 come canale di raccolta dati Come modalit di trigger scegliere CRESCENTE cio la raccolta inizia quando il segnale sta aumentando Inserire come valore della tensione che deve fare scattare la raccolta SOGLIA DI TRIGGER il valore 0 2 volt Alla voce PRE MEMORIZZA inserire 20 come frazione del grafico in percentuale che deve essere riservata alla parte di segnale che precede l istante in cui scatta il trigger Scelta delle modalit di acquisizione dati e del tempo di campionamento Nel MENU PRINCIPALE si seleziona ACQUISIZIONE e poi GRAFICO vs TEMPO Inserire 0 005 s come intervallo di c
22. a teoria sappiamo per la legge di Faraday Neumann che la forza elettromotrice indotta data dalla derivata temporale del flusso del campo magnetico concatenato con la bobina dt L integrale di e t in funzione di t cio l area tra la curva e l asse dei tempi equivale alla variazione complessiva del flusso magnetico e deve risultare nulla se il flusso iniziale e quello finale sono trascurabili magnete lontano dalla bobina Con le opzioni del software possiamo calcolare l integrale per le due aree corrispondenti al picco positivo e a quello negativo Dal menu principale selezionare 3 ANALISI 2 STAT INTEGRALE 2 INTEGRALE e CANALE 1 per la scelta del grafico Posizionarsi all inizio del tratto positivo del curva e premere ENTER per selezionare il limite inferiore quindi spostarsi con il cursore verso destra sulla curva per selezionare il limite superiore e premere Alla fine si ottiene il grafico di fig 3 e il risultato del calcolo in figura 4 Fir F3 FU F5r For Fr Tools Trace f lt 3Fgeh Math praw Fen Premi ENTER ENTER DEGAFFRO FUNC Fig 4 Risultato dell area positiva Premere ETEF e uscire Ripetendo il procedimento per la parte negativa del grafico si ha 55 EA INTEGRALE dif Fir F3 FU F5r For Fr Tools Trace f lt 3Fgeh Math braw Fen Jean Premi ENTE ENTER Fig 5 Risultato dell area negativa In valore assoluto i risultati sono uguali entro 11 d
23. ampionamento e 50 come numero di campionamenti quindi per una durata complessiva della misura di 0 25 s Selezionare OK se non si vogliono modificare 1 valori inseriti Premere pi volte fino a che non compare la segnalazione TRIGGER ATTIVO 53 d Esecuzione dell esperimento Collegare la sonda di tensione ai capi della bobina Lasciar cadere il magnete attraverso la bobina Fig 1 Analisi dei dati Durante la caduta del magnete attraverso la bobina si induce una forza elettromotrice f e m Ai capi della bobina il sensore misura una differenza di potenziale variabile nel tempo il cui grafico rappresentato in figura 2 N B la polarit del segnale osservato dipende dalla posizione dei poli N S del magnete dalla polarit della sonda di tensione e dal verso di avvolgimento delle spire nella bobina Fig 2 Grafico della tensione vs tempo Il grafico della f e m in funzione del tempo mostra due picchi uno positivo e l altro negativo tanto pi asimmetrici quanto pi il magnete vicino all imboccatura della bobina nel momento in cui viene lasciato cadere Infatti durante la caduta la velocit del magnete aumenta nel tempo il segnale registrato all ingresso della bobina risulta di ampiezza minore e di durata maggiore rispetto a quello registrato all uscita Invertendo il verso del magnete o la connessioni dei morsetti ai capi della bobina si otterr una curva prima negativa e poi positiva 54 Dall
24. azzerato il sensore in questo caso la legge che si vuole verificare del tipo LA 1I dove l rappresenta il valore della luminosit di d fondo Prima di iniziare la misura dal menu ACQUISIZIONE si seleziona MONITORAGGIO e si legge il valore che registra il sensore a lampada spenta Nel nostro caso questo valore 0 024 W cm Terminata l esecuzione della misura dal menu ANALISI si seleziona MANIPOLA DATI e successivamente TRASFORM LINEARE Nella finestra che si apre si indica il valore che si vuole sommare agli elementi della lista L2 0 024 TRASFORM LIMEARE Alla lista L25 Sommo predef O 024 Moltirlico na Cpredef 13 Quindi si procede all analisi dei dati sulla base dell ipotesi L dove J 7 L e si ottengono i seguenti risultati 35 EMTER DEG APFROH FUNC 30230 a _Fev EF Y FEF Fr FE Fu F Zoon Trace RkegraphjMath Draw e got 12 ci dZ MAIN DEG AFFROH FUNC Anche in questo caso il valore di B non si discosta molto da quello previsto teoricamente l incertezza si mantiene infatti intorno al 4 36 Capitolo 8 La polarizzazione della luce Scopo Si misura l intensit della luce che passa attraverso due filtri polarizzatori e si analizza il grafico in funzione dell angolo tra gli assi dei polarizzatori sorgente polarizzatori sensore di luce di luce Fig 1 Allestimento Per questo esperimento
25. carica del condensatore si concluder nel giro di pochi centesimi di secondo La rapidit del fenomeno impone l utilizzo dell opzione TRIGGERING prevista dal programma Physics con questa modalit si ha l avvio automatico dell acquisizione non appena inizia la variazione della grandezza da misurare Per attivare l opzione dopo aver selezionato la modalit TRIGGERING nel menu principale si procede come segue Dal menu TRIGGERING si seleziona CANALE 1 Dal menu TIPO DI TRIGGER si seleziona DECRESCENTE Nelle due schermate successive vengono richiesti il valore della tensione per la quale deve scattare il Trigger che corrisponde alla differenza di potenziale da cui si prevede l inizio del processo di scarica nel nostro caso 9 V Ja frazione del grafico in percentuale da riservare alla parte di segnale che precede l istante in cui scatta il Trigger una pre memorizzazione del 20 sufficiente per vedere tutto il segnale 48 c Programmazione delle modalit di acquisizione dati Nel menu ACQUISIZIONE si seleziona GRAFICO vs TEMPO Si inseriscono il tempo di campionamento 0 001 s e il numero di campionamenti 100 La registrazione dei dati avr la durata di 0 1 s Si carica il condensatore spostando il commutatore S nella posizione B per chiudere il circuito sull alimentazione Il sistema ora pronto per l acquisizione dopo aver premuto ENTER per attivare il TRIGGER si avvia la scarica spos
26. da crocette quelli della sonda asciutta da punti Facendo scorrere il cursore possibile conoscere i valori della temperatura iniziali e finali e confrontarli con la temperatura ambiente che in questo caso era di 25 5 C Le due sonde partono dallo stesso valore di temperatura 56 5 C Nella fase iniziale il raffreddamento della sonda bagnata per il fenomeno della evaporazione pi rapido Nello stesso intervallo di tempo le sonde arrivano all incirca alla stessa temperatura vicina a quella ambiente come si osserva nei due grafici sotto riportati 26 7 C per la sonda asciutta 23 6 C per l altra 17 ea lzcon riaceregrapniathorsule TE TEMP E Ea PZ Una analisi pi approfondita porta per a osservare che la sonda bagnata addirittura raggiunge una temperatura inferiore a quella ambiente come si vede nel grafico sotto riportato in cui la temperatura ambiente indicata da una linea orizzontale 18 Capitolo 4 La velocit del suono Scopo Si determina la velocit del suono misurando il tempo che un breve impulso sonoro impiega a percorrere un tubo di lunghezza nota Allestimento L esperimento richiede Un dispositivo da laboratorio per lo studio del suono tipo canne d organo In alternativa un tubo per impianti idraulici in plastica di diametro 3 4 cm lungo da 1 a 2 m nel nostro caso 1 25 m Un microfono collegato all interfaccia Facoltativi un coperchio di metal
27. diando il raffreddamento in aria di due sonde una bagnata e l altra asciutta precedentemente riscaldate alla stessa temperatura Allestimento Per questo esperimento sono richiesti anche 2 sensori di temperatura Un recipiente contenente acqua a circa 60 C Si riscalda un bicchiere d acqua e vi si immergono le due sonde per portarle alla stessa temperatura Dopo l estrazione dall acqua una delle due viene rapidamente e delicatamente asciugata l altra lasciata bagnata Si raccolgono i valori delle temperature delle due sonde per un certo intervallo di tempo e al termine si confrontano i loro andamenti Esecuzione Accendere la calcolatrice e avviare il programma Physics Programmare l acquisizione dei dati mediante il seguente percorso a Impostazione dei sensori di temperatura 15 Nel menu PREDIP SONDE dopo aver selezionato DUE per impostare il numero delle sonde che si intendono usare si sceglie TEMPERATURA dall elenco dei sensori proposti e si collega la prima sonda al canale 1 del CBL Quando ricompare il menu con l elenco dei sensori si ripetono le precedenti operazioni per predisporre la seconda sonda che verr collegata al canale 2 del CBL b Misura della temperatura ambiente e Nel menu principale si seleziona ACQUISIZIONE poi MONITORAGGIO Si prende nota dei valori indicati dai due sensori mentre registrano la temperatura ambiente si torna al menu precedente premendo e Si i
28. e eventualmente tramite il cavetto adattatore al canale CHI del CBL La siringa in dotazione va inserita nella valvola a tre vie del tubicino di plastica che sporge dal sensore La levetta blu con la scritta OFF blocca il passaggio dell aria lungo la 2 Le figure sono tratte da Dan D Holmquist Jack Randall Donald L Volz Chemistry with CBL Vernier Software via d accesso su cui allineata Nella figura 1 la siringa in comunicazione con il sensore mentre nella figura 2 comunica con l ambiente esterno Inizialmente con la siringa in comunicazione con l ambiente esterno si solleva il pistone fino alla tacca corrispondente al massimo volume 20 cm3 poi si ruota la levetta per bloccare il collegamento con l esterno Durante l esperimento si dovr porre attenzione nel mantenere il pi possibile alla stessa temperatura la siringa e quindi il gas contenuto E importante osservare che il valore del volume letto sulla siringa non corrisponde esattamente al volume d aria da considerare per l esperimento in quanto una piccola quantit racchiusa anche nel tubicino di raccordo Nel nostro caso a ogni valore letto sulla scala della siringa stato aggiunto 1 7 cm3 Le considerazioni al termine della scheda suggeriscono due procedimenti per determinare il valore di tale volume nascosto Esecuzione Accendere la calcolatrice e avviare il programma Physics Programmare l acquisizione dei dati mediante il seguente percorso a
29. e la curva di regressione dal menu applicazioni si accede all ambiente Y Editor e si digita l espressione figura 7 y1 x 0 08 cos x 0 006 essendo 0 08 il valore stimato di massima intensit luminosa a 0 e 0 006 quello di minima letto sul grafico 08 Ccos x9 7724 006 RAD APPROX FI Fig 7 Visualizzando entrambi i grafici sovrapposti si vede come la curva di regressione calcolata secondo la legge di Malus approssima piuttosto bene i dati sperimentali RAD APPROX Fig 8 Grafico intensit luminosa vs angolo con la curva di regressione 42 Capitolo 9 La prima legge di Ohm Scopo Con questo esperimento ci si propone di controllare la validit della legge di Ohm e di determinare sperimentalmente il valore della resistenza equivalente di sistemi di resistori collegati in serie o in parallelo Allestimento si Ed Per questo esperimento sono richiesti anche Sensore di corrente 600 mA max Sensore di tensione 10 V max Tre pile da 1 5 V collegate in serie Q Uno o pi resistori 10 Q Reostato da circa 1 KQ utilizzato come potenziometro L allestimento descritto pu essere utilizzato per eseguire la misura nel caso di un solo resistore o di due o pi collegati fra loro in serie o in parallelo Nell esempio riportato di seguito si sono utilizzati due resistori di valore 10 0 Q e 5 0 Q 10 collegati in serie Il circuito alimentato da tre
30. e la scritta START PER ACQUISIRE e sul CBL si accende il led giallo allineare 1 filtri polarizzatori in modo che i loro assi siano paralleli poi premere il pulsante del CBL2 con la scritta START STOP viene acquisito il valore misurato dal sensore Sul display della calcolatrice compare il messaggio DIGITA VALORE Inserire il valore dell angolo tra gli assi dei polarizzatori e premere ENTER 38 Selezionare nel menu apparso sul display l opzione 1 ALTRI DATI Si illumina il led giallo sul CBL e compare la scritta START PER ACQUISIRE ruotare di dieci gradi l angolo tra gli assi dei polarizzatori e premere il pulsante del CBL2 con la scritta START STOP viene acquisito il valore misurato dal sensore Sul display della calcolatrice compare il messaggio DIGITA VALORE Inserire il valore dell angolo tra gli assi dei polarizzatori e premere ENTER Ripetere le operazioni precedenti ruotando ogni volta di dieci gradi l angolo tra gli assi dei polarizzatori dopo l ultima acquisizione selezionare nel menu apparso sul display 2 STOP GRAFICO Nella finestra SCELTA GRAFICO selezionare CANALE 1 Viene visualizzato il grafico con l intensit luminosa in funzione dell angolo Premere ENTER scegliere 7 ESCI per uscire dall ambiente Se siamo soddisfatti della raccolta dei dati effettuata rispondiamo NO alla richiesta di ripetere l acquisizione dati altrimenti ricominciamo la procedura di raccolta
31. egliere CANALE 1 Viene visualizzato il grafico pressione vs volume Uscire dal grafico premendo Se siamo soddisfatti della raccolta dei dati effettuata rispondiamo NO alla richiesta di ripetere o no l acquisizione dati altrimenti ricominciamo la procedura di raccolta Analisi dei dati I dati raccolti sono rappresentati sul grafico pressione in funzione del volume in figura 3 ea lzconfriaceregrapniathorsule TE PRESSIONE Ri Fig 3 Grafico della pressione vs volume L andamento dei dati suggerisce un ipotesi di proporzionalit inversa tra le grandezze in esame Per verificarla proponiamo la ricerca dell equazione e la costruzione del grafico della curva di interpolazione con le opzioni che il programma Physics mette a disposizione Dal menu principale selezionare 3 ANALISI 1 GRAFICA INTERPOLA 2 INTERPOLAZIONE Per l asse orizzontale scegliamo 1 tempo o manuale quindi per l asse verticale 2 canale 1 per le opzioni di grafico 1 solo punti e per il tipo di interpolazione 4 POTENZA Si ottiene il seguente risultato Fig 4 Calcolo della regressione alla potenza Fe eoom traceRegraphsthiorsule e i Fi RAD AFFROS Fig 5 Grafico pressione vs volume con la curva di regressione Come si nota dal risultato riportato abbiamo ottenuto un equazione del tipo p AV La curva di interpolazione approssima bene i punti sperimentali confermando la legge di proporzionalit inversa che ci aspettavamo da
32. ente 5 Trasf Lineare Dopo aver 12 scelto il canale 1 si inserisce il valore 28 2 temperatura ambiente nel nostro caso alla richiesta di somma per la lista L2 contenente i valori di temperatura figura 3 Si preme alla successiva richiesta e si ritorna al menu ANALISI TRASFORM LINEARE Alla lista L2 Sommo Cpredef 0 28 2 Moltiplico predef 1 Fig 3 Selezionando 5 GRAFICO vs TEMPO si pu visualizzare il nuovo grafico fig 4 la cui forma del tutto simile a quello iniziale ma con i dati traslati del valore della temperatura iniziale TEMP Pi Xin 4 ZL nn MAIN RAD APPROX FUNC Per cercare la curva di regressione dal menu ANALISI si sceglie 1 GRAFICA INTERPOLA 2 INTERPOLAZIONE Per l asse orizzontale scegliamo l tempo o manuale quindi 2 canale 1 per l asse verticale per le opzioni di grafico l solo punti e il tipo di regressione 3 ESPONENZ Si ottiene il seguente risultato 13 23 5 Ate B X 014 t A B ENTER Fig 5 Calcolo della regressione esponenziale Palzconlrrscelregraphpiath orzule xci 0 USE t4 OR TYPE ESCI CAN CEL Fig 6 Grafico temperatura vs tempo con la curva di regressione La curva di regressione approssima bene i punti sperimentali 14 Capitolo 3 Evaporazione Scopo Con questo esperimento ci proponiamo di analizzare qualitativamente il fenomeno dell evaporazione stu
33. i incertezza la variazione complessiva del flusso del campo magnetico nulla 56 APPENDICE Il programma Physics per le calcolatrici TI 89 TI 89 Titanium TI 92 Plus Voyage M 200 Il programma ed il suo manuale d uso completo sono reperibili nel sito di ADT http www adt it qui si riporta solo un breve sunto delle principali funzioni utilizzate per realizzare gli esperimenti contenuti nel libretto AVVIO DEL PROGRAMMA Dall ambiente HOME della calcolatrice inserire physics nella riga di comando e premere ENTER Fir F r Fir F5 For Too1ls f13 lt bt9 Cd1c Framio cisan UF phusics ci BAD Ai FUNE PEENI MAIN D_AFFROS scegliere il modello di calcolatrice e premere IENTERI Quando compare la segnalazione VERNIER SOFTWARE PHYSICS con CELZ o LABPRO PER LE CALCOLATRICI TISS TI92 e Uoyage20O Versione 2006 ENTER premere ETEF per entrare nel menu principale MEHU PRINCIPALE TYFE DE USE t4 ENTER OR ESC Le opzioni sono l impostare le modalit di acquisizione elaborare 1 dati azzerare il valore iniziale letto dai sensori caricare file di dati precedentemente memorizzati salvare 1 dati uscire dal programma DIS UAIAUWYUIN selezionare i sensori utilizzati 58 1 PREDISP SONDE Dal menu principale selezionare 1 PREDISP SONDE e scegliere il numero di sonde da connettere e poi scorrere l elenco alla ricerca del nome del sensore se no
34. ia Acustica Ottica Elettromagnetismo e sono stati progettati pensando alle attivit di laboratorio pi diffuse che si possono realizzare nelle scuole superiori secondo un curriculum standard Gli esperimenti sono realizzabili con attrezzature disponibili in qualunque laboratorio di fisica e con sensori molto comuni la maggior parte dei quali temperatura luce tensione in dotazione all interfaccia CBL2 Come si vedr nel corso dei vari capitoli si possono aprire nuove e interessanti possibilit nella realizzazione degli esperimenti tradizionali facendo uso delle tecnologie portatili per acquisizione dati in tempo reale Le proposte di questo libretto sono un primo passo per apprezzare le possibilit offerte da queste tecnologie Nella bibliografia riportata al termine del volumetto si potranno trovare molti altri esempi e approfondimenti Il primo libretto pu essere scaricato dal sito ADT http www adt it seguendo il percorso Didattica Visualizza allegati Istruzioni per l uso Nelle schede degli esperimenti si fa riferimento al software per calcolatrici Physics Il programma memorizzato come gruppo di file physics tig reperibile nel sito di ADT http www adt it Per scaricarlo seguire il percorso Didattica Download Software e attenersi alle istruzioni riportate Una volta che il programma stato trasferito sul computer si pu inviarlo alla calcolatrice utilizzando il programma TI Connect Tutti gli
35. inusoidale con la medesima frequenza di ognuno dei due diapason Allestimento L esperimento richiede anche e due diapason con relativo martelletto e manicotto da fissare ai rebbi di uno dei diapason in modo da ridurne la frequenza e un microfono collegato all interfaccia Quando si colloca il manicotto su uno dei rebbi di uno dei due diapason necessario che il manicotto sia fissato strettamente per evitare un rapido smorzamento del suono 28 Come si pu prevedere e verificare effettuando pi prove la variazione di frequenza dovuta al manicotto tanto maggiore quanto pi questo viene collocato in alto I due diapason vengono disposti con le casse vicine una all altra e il microfono al centro davanti alle loro aperture Se i battimenti rilevati non sono abbastanza netti si possono disporre le casse in modo che il suono dei due diapason giunga al microfono da direzioni convergenti con un angolo che pu arrivare fino a 90 Esecuzione Si accende la calcolatrice e si avvia il programma Physics Si programma l acquisizione dei dati mediante il seguente percorso a Impostazione del microfono Nel menu PREDISP SONDE che riporta l elenco dei sensori si seleziona TENSIONE 10V In questo modo ci si svincola dai limiti di tempo imposti dal programma nell uso del microfono b Scelta delle modalit di acquisizione dati e del tempo di campionamento Nel MENU PRINCIPALE si seleziona ACQUISIZIONE e poi GRAF
36. ircuito RC durante la fase di scarica Si tratta di un fenomeno transitorio che caratterizza il passaggio da una situazione a regime stazionario ad un altro la cui durata dipende dai valori della capacit del condensatore utilizzato e della resistenza del circuito Allestimento Per questo esperimento sono richiesti anche C Una pila da 9 V R Un condensatore C 1 uF Unresistore R 10 KQ Un commutatore S Una sonda di tensione E 9 Cavetti di collegamento Con i materiali elencati si prepara un circuito come quello disegnato in figura La sonda di tensione va collegata ai capi del condensatore I valori di resistenza e capacit riportati sopra sono solo indicativi E preferibile non utilizzare condensatori di tipo elettrolitico in caso contrario bisogna fare attenzione a rispettare la corretta polarit 47 Esecuzione Accendere la calcolatrice e avviare il programma Physics Programmare l acquisizione dei dati mediante il seguente percorso a Predisposizione della sonda di tensione Nel menu PREDIP SONDE dopo aver selezionato UNO per impostare il numero delle sonde che si intendono usare si seleziona TENSIONE 10V dall elenco dei sensori proposti si collega la sonda al canale 1 del CBL e si accettano le modalit di calibrazione gi impostate b Impostazione della modalit di TRIGGER Essendo l ordine di grandezza della costante di tempo t RC del nostro circuito 10 s la s
37. lo per chiudere il tubo e una capsula da barattoli per conserve alimentari per produrre il suono 19 Si chiude il tubo ad un estremit oppure lo si appoggia con una estremit aderente ad una parete liscia che serve da chiusura Il microfono viene disposto rivolto verso l estremit aperta appena fuori dal tubo Fig 1 Si misura con un metro e si annota la lunghezza del tubo Il suono di cui si vuole studiare la velocit deve essere costituito da un impulso breve e di forma ben definita Questo si pu produrre in vari modi anche semplicemente facendo schioccare le dita Nel nostro esempio si usa una capsula metallica da barattolo di conserve si preme rapidamente il centro della capsula e si mantiene premuto in modo che non si rilasci per avere un solo scatto Esecuzione Si accende la calcolatrice e si avvia il programma Physics Si programma l acquisizione dei dati mediante il seguente percorso a Impostazione del microfono Nel menu PREDISP SONDE che riporta l elenco dei sensori si seleziona TENSIONE 10V In questo modo si preleva un segnale di tensione svincolandosi dai limiti di tempo imposti dal programma per il sensore di suono Si sceglie di non cambiare la calibrazione b Predisposizione della modalit di Trigger La misura deve durare un tempo brevissimo e il suono riflettendosi all interno del tubo si smorza rapidamente perci la rilevazione non pu essere avviata manualmente Si usa il Trigger
38. mmergono le due sonde nel bicchiere con l acqua calda e si aspetta che la temperatura misurata si stabilizzi Lasciando ancora immerse nell acqua calda le due sonde si passa alla predisposizione dell acquisizione c Scelta delle modalit di acquisizione dati e Nel menu ACQUISIZIONE si seleziona GRAFICO vs TEMPO e Si inseriscono il tempo di campionamento 5 s e il numero di campionamenti 50 Nel nostro caso la registrazione dei dati avr la durata di 250 s Nel menu successivo QUANDO TRACCIO per visualizzare i grafici in tempo reale nel corso dell acquisizione selezionare DURANTE ACQUISIZIONE e fornire i dati necessari all impostazione del grafico a valore minimo della temperatura qualche grado al di sotto della temperatura ambiente b valore massimo della temperatura temperatura di poco superiore a quella dell acqua c fattore di scala 1 16 Il sistema ora pronto per iniziare la registrazione dei dati Far partire l acquisizione e dopo un paio di misure estrarre le due sonde asciugarne una delicatamente e rapidamente con un fazzolettino di carta e lasciarle poi entrambe raffreddare in aria senza agitarle Analisi dei dati Al termine dell acquisizione si possono visualizzare i due grafici contemporaneamente selezionando nel menu SCELTA GRAFICO il comando ENTRAMBI ea lzcon riacelregrapniathorsule KE A FI TEI I valori della temperatura della sonda bagnata sono rappresentati
39. n UOLT Pi Il grafico che si ottiene mostra chiaramente la presenza di battimenti Per ricavare il periodo di battimento si segue con il cursore l andamento del grafico e si annotano i valori del tempo corrispondente al primo e all ultimo minimo di ampiezza Le frecce indicano la posizione del cursore sui due grafici i relativi valori di xc individuano l istante di tempo dei due battimenti Il periodo del battimento perci risulta s 0 073 s 0 185 0 039 wog La frequenza f 14Hz Il valore in ottimo accordo con quello che si ottiene dalla differenza tra le frequenze determinate separatamente per i due diapason e riportate nel capitolo 5 che valgono rispettivamente 440 Hz e 425 Hz 31 Capitolo 7 Intensit di illuminazione e distanza Scopo Con questo esperimento ci proponiamo di studiare come varia l intensit di illuminazione su uno schermo quando si aumenta la distanza tra la sorgente che pu essere considerata puntiforme e lo schermo stesso Allestimento Per questo esperimento sono richiesti anche Un sensore di luce TI Una lampada a filamento concentrato es torcia Un supporto che pu essere realizzato con elementi modulari Per una buona riuscita dell esperimento bene avere alcuni accorgimenti La sorgente di luce deve essere puntiforme e per questo occorre una lampada meglio se alimentata a batteria o a corrente continua con un filamento concentrato
40. n compare nella prima videata premere 8 ALTRO per passare alla seconda e cos via Connetti la sonda al canale i ENTER Collegare il sensore alla presa CHI del CBL2 o alla presa SONIC nel caso del sensore di moto Sensore precalibrato vagi ricalibrare mm Senza effettuare la calibrazione si torna al menu principale Se si utilizza pi di un sensore il programma chiede di effettuare pi selezioni dei sensori e di ripetere ogni volta la procedura 59 2 ACQUISIZIONE Dal menu principale selezionare2 ACQUISIZIONE E 1 4 ba F EH MEHU PRINCIPALE FAD AFFROX FUNC per controllare il funzionamento dei sensori scegliere 1 MONITORAGGIO e al termine premere per tornare a questo menu i PU CAUTE DIGITA GGERZsonde j Big PRINCIPALE Per una acquisizione in funzione del tempo scegliere 2 GRAFICO VS TEMPO e impostare l intervallo di tempo tra le misure DIGITA INTERVALLO TRA CAMPIONAMENTI Di SECONDI Impostare il numero di misure che devono essere effettuate e alla schermata riassuntiva dell impostazione premere ENTER 60 IN SECONDI na er DGHI CAMPIONI 10 DIGITA NUMERO CAMPIONAMENTI DURATA ACQUISIZIONE Il TOTALE 10 Se l impostazione corretta premere ETER Alla successiva schermata premere di nuovo ENTER se non si vuole tornare indietro per modificare 1 valori 44 CONTI HUD Pk TYFE DR USE t4 EN
41. no dei due rebbi con uno dei piccoli manicotti che corredano il diapason si ottiene una sinusoide dal periodo leggermente diverso Fir F3 F4 F r F Tools Trace f lt GraFh DrawfF4n VOLT PI Ripetendo le operazioni precedenti si ottiene l equazione della nuova sinusoide e della curva di regressione L di bi Sa Fen SINCB K C D E 173 2 673 Pade3 OPS radi 1 005 002 50 4 31 gradi EHTER Il valore di come previsto minore e la frequenza vale 425 Hz 21 Capitolo 6 Battimenti Scopo Ci si propone di studiare il fenomeno dei battimenti nella sovrapposizione del suono emesso da due diapason di frequenza leggermente diversa Si misura la frequenza del suono emesso da ciascuno dei due diapason e la frequenza dei battimenti Si verifica che la frequenza dei battimenti pari alla differenza tra le frequenze dei due diapason Anche all ascolto si avverte distintamente che con due diapason di frequenze poco diverse l intensit del suono non uniforme ma si alza e si abbassa rapidamente arrestando con una mano la vibrazione di uno dei due diapason il suono ritorna uniforme Invece se 1 due diapason sono identici ed emettono suoni di uguale frequenza il suono che si ascolta uniforme e arrestando uno dei due il suono diminuisce improvvisamente di intensit ma rimane con lo stesso tono Se si registra con il microfono la sovrapposizione dei due suoni si ottiene infatti un segnale s
42. ools TracejhedrarhjHathjbr aw jF en Uuoi modificare i arametri del modello THFE OR USE 14 ENTER OR ESC 65 6 RECUPERO DATI E l operazione che permette di richiamare in memoria un file di dati precedentemente registrato Dal menu principale selezionare 7 RECUPERO DATI e poi l opzione 2 CALCOLATRICE TER E MEHU PRINCIPALE RAD AFFRO FUNC __ Recuesrodati Carica da var E gt Enter 0k ESC CANCEL Confermare con ETEF il nome del file che appare nella finestra o premere cursore freccia a destra e scegliere dall elenco dei file memorizzati confermare con ENTER per tornare al menu principale 66 7 SALVA CANCELLA Per registrare un file dati nuovo o modificato dal menu principale selezionare 7 SALVA CANCELLA e poi 1 SALVA MEHU PRINCIPALE MAIN FAD AFFROX FUNC Appare il nome dell ultimo file che si pu sovrascrivere per salvare in un nuovo file premere cursore freccia a destra e selezionare altro Homie esistente Enter 20K alua Home esistente PUEI Enter 20K E3C CANCEL Premere IENTERIDer aprire la finestra di scrittura scrivere il nome del nuovo file max 8 car e premere ENTER Salua con Horie Enter 20k ESC CAMCEL Alla successiva richiesta di archiviazione dei dati rispondere SI se si desidera salvare i dati nell area di memoria di archiviazione dei dati 67 utente pi protetta della memoria RAM oppure NO per salvare nella memoria RAM e ri
43. ro allineamento hanno fatto s che anche a polaroid incrociati passasse una minima quantit di luce 40 pE Prot Setuecei1bezser caichtin erat Nella prima colonna cl registrato il valore dell angolo nella seconda l intensit della luce raccolta I dati nelle successive colonne privi di importanza si possono eliminare con F6 Delete gt column Si digitano le intestazioni delle prime tre colonne ang luce rad Se come nel nostro caso la calcolatrice predisposta al calcolo degli angoli in radianti in c3 si digita la formula per la conversione del valore degli angoli da gradi a radianti cl 17 180 Il display diventa come in figura rt F F3 PIPPI n B c3 c1 n 180 MAIN RAD APPROX FUNC Fig 4 Con F2 Plot Setup ed F1 Define si pu realizzare il grafico che ha in ascissa 1 valori dell angolo in radianti c3 e in ordinata i valori dell intensit luminosa c2 Si ottiene il seguente risultato premendo F9 Zoom Data ci si assicura di visualizzare tutti i punti 4 In alternativa si pu predisporre la calcolatrice al calcolo degli angoli in gradi 41 mdintcortoela Flot 1 iT _ For F3 F4 FEF y Far Fr F carter FEE Trace regraph Math braw w r Date ESC CAHCEL o USE AND TO OFEN CHOICES Fim GAD AFFROS FUNE Fig 5 impostazione del grafico Fig 6 intensit di illuminazione in funzione dell angolo tra i polarizzatori Per tracciar
44. tando il commutatore S in posizione A Analisi dei dati Al termine dell acquisizione si visualizza il grafico con l andamento della tensione ai capi del condensatore in funzione del tempo 1 j_ FEY FEY FEY a FE FU Fi Zoom Trace Regraph Math Draw w E Ti HAIN DEG AFFROH FUNC Per analizzare i dati opportuno selezionare la parte di grafico che riguarda il fenomeno che ci interessa Dal menu principale si seleziona ANALISI e nelle due finestre successive rispettivamente SELEZIONA REGIONE e CANALE 1 usando il tasto cursore per selezionare il limite inferiore e superiore per la scala dei tempi 49 1 Fav j F3 FEF f FEY Fr FI 1 Fer FEF y FEF Fr r Pia Zoom Trace Regraph Math Oraw w i r Pi Zoom Trice Regraph Math Oraw w xi DEI uti MAIN DEG AFFROH FUNC DEG AFFROH 1 Fer FEF Fr Pil Zoom Trace Regraph Math TEMPO Pec 021 uc 6 6 MAIN DEG AFFROH FUNC Per continuare l analisi dei dati ora necessario porre uguale a zero istante iniziale del processo di scarica dal menu ANALISI si seleziona MANIPOLA DATI e nella schermata successiva AZZERA ORIGINE Ll1 i i FEF y FEF Fr Zoom ELENE Regraph Mat h Draw w Fi Sottraggo il primo valore a tutti i valori contenuti mella lista Li ENTER TEMPO xeig uciS 1 MAIN DEG AFFROH FUNC DEG AFFROH FUNC 30230
45. to Nel MENU PRINCIPALE si seleziona ACQUISIZIONE e poi GRAFICO vs TEMPO Si inseriscono il tempo di campionamento e il numero delle acquisizioni Nell esempio riportato con un tubo lungo 1 25 m si scelto di effettuare un campionamento ogni 0 003 s per 100 volte con un tempo totale di 0 03 s Una volta terminata la preparazione il sistema avverte che premendo non si dar il via all aquisizione come avviene di solito ma si disporr il sistema in attesa del suono che attiver il rilevamento dei dati till i MT Ea SISTEMA PRONTO PREMI ENTER FER APPRONTARE CEL Dopo aver premuto bisogna procedere con una certa cautela per non correre il rischio che qualche rumore indesiderato faccia partire l acquisizione prima del necessario Naturalmente se questo dovesse avvenire si segue la procedura consueta per ripetere il rilevamento Analisi dei dati Al termine dell acquisizione si visualizza il grafico con l andamento del suono in funzione del tempo 22 Fir F3 F4 F r F Tools Trace f lt GraFh DrawfF4n Pi Si osservano diversi picchi di segnale in quanto il suono ha subito pi riflessioni ritornando al microfono per almeno tre volte Si muove il cursore lungo il grafico posizionandolo in corrispondenza del primo e del quarto picco per determinare il valore dell intervallo di tempo che nel nostro caso risulta di 0 023 s In questo intervallo di tempo il suono ha percorso una distanza pari
46. to che il valore dell esponente B uguale a 1 Considerazioni sul volume nascosto Il valore del volume di aria nascosto pu essere determinato almeno approssimativamente misurando con un calibro il diametro interno e la profondit del tubicino di raccordo tra siringa e sensore Anche se il volume in questione piccolo una differenza di uno o due centimetri cubici su un volume di dieci venti cm incide in misura non trascurabile sui risultati Con i ragazzi si pu anche seguire un altro procedimento L esperimento viene svolto come indicato ma inserendo i volumi letti sulla siringa senza alcuna correzione Al termine si va alla ricerca del valore del volume nascosto elaborando i dati nell ambiente di Data Matrix Editor della calcolatrice e linearizzando i grafici Il procedimento riportato nella scheda La legge di Boyle memorizzata in tutti 1 CD di ADT Sui CD si pu consultare anche la scheda La legge dei gas ideali pV nRT che descrive una versione pi ampia dell esperimento Capitolo 2 Raffreddamento di un corpo Scopo Si studia la variazione della temperatura di un corpo che dopo essere stato sottoposto a riscaldamento viene lasciato raffreddare nell ambiente Si analizzano i dati alla luce della legge di Newton sul raffreddamento Allestimento Per questo esperimento sono necessari anche sonda di temperatura asciugacapelli foglio di alluminio del tipo per alimenti
47. tornare al menu principale ARCHIVIO questi dati 68 PER APPROFONDIRE L associazione ADT http www adt it pubblica ogni anno per i propri soci un CD ROM di approfondimenti didattici che contiene una ricca raccolta di articoli relativi ad esperimenti di fisica eseguibili con tecnologia portatile Una miniera di idee proposte schede di lavoro esperimenti stata sviluppata per il progetto IRDIS ed disponibile nel sito http www fisica uniud it irdis Un altra risorsa gratuita di materiali per l insegnamento e l apprendimento della fisica in laboratorio costituita dal progetto europeo LEPLA accessibile all indirizzo http www lepla edu pl anche in lingua italiana Articoli riguardanti esperimenti di fisica con tecnologie portatili sono pubblicati sulla rivista Ipotesi i cui fascicoli sono consultabili on line attraverso il sito ADT o il sito Texas http education ti com italia Schede di unit didattiche di fisica sono disponibili anche presso il sito Cartesio all indirizzo http www cartesionline it home index cfm 69
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