Secondo principio della dinamica

Descrizione dell'esperimento

Su una rotaia a cuscino d'aria (attrito trascurabile) un carrellino (massa m1) viene tirato da un peso (massa m2) in caduta libera attraverso un filo ed una carrucola.

In questo modo abbiamo un "corpo" di massa m1 + m2 a cui è applicata una forza costante m2*g.
Verifichiamo che l'accelerazione subita dal corpo è direttamente proporzionale alla forza m2*g applicata ed inversamente proporzionale alla massa (m1 + m2) del corpo

ATTIVITA'

NOTA: la simulazione è rallentata

• Fissa la massa del carrellino m₁ e del peso m₂

• La fotocellula START (s₁) si trova ad 1m di distanza dalla partenza (può essere regolata cliccandoci sopra)

• La fotocellula STOP (s₂) si trova ad 2m di distanza dalla partenza (può essere regolata cliccandoci sopra)

• premi il bottone START e annota il tempo (t) impiegato dal carrellino per passare da START a STOP

• calcola l'accelerazione con la formula (vedi relazione)

  

• Ripeti la misura di t più volte e usa il valore medio nella formula

• Confronta il valore misurato dell'accelerazione con il valore aspettato dal secondo principio della dinamica

  

• Ripeti la prova per altri valori di m₁ e m₂

E' utile organizzare i calcoli in un foglio di calcolo. Qui puoi scaricare un esempio in EXCEL

Un esempio di relazione della prova di laboratorio:

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Teoria cenni introdutivi

Il secondo principio della dinamica, afferma che una forza agente su un corpo, o una forza risultante di un insieme di forze agenti su un corpo, imprime su di esso un'accelerazione nella stessa direzione e nello stesso verso della forza applicata. Il modulo dell'accelerazione è proporzionale a quello della forza e inversamente proporzionale alla massa del corpo.
Possiamo riassumere nella formula

Come sempre quando si scrive una legge di proporzionalità tra grandezze fisiche, il valore numerico della costante k dipende dalle unità usate per le tre grandezze in gioco.
Nel Sistema Internazionale, l’unità di misura della forza (il newton, simbolo N) è stato scelto in modo che la costante k della formula risulti uguale a 1.
Ricorda che: un newton è il valore di una forza che, applicata a una massa di 1 kg, le imprime un’accelerazione pari a 1 m /s ².

 

Nota storica

Nella sua fondamentale opera del 1687 Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, in cui fondò la Meccanica, Isaac Newton espresse la seguente

Lex secunda con le parole:
Mutationem motus proportionalem esse vi motrici impressæ, et fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur.
(La variazione del moto è proporzionale alla forza motrice impressa, ed avviene secondo la linea retta lungo cui tale forza è impressa.)
Nella prima parte Newton dice, in pratica, che il valore dell’accelerazione è proporzionale a quello della forza; nella seconda parte afferma anche che le due grandezze agiscono nella stessa direzione e nello stesso verso.

Approfondimento

vengono proposti alcuni problemi