Fenomeni elettrici

Come trovare la costante elastica

est. 2019

FENOMENI DEL MAGNETISMO

Materiali

Campo magnetico di una spira

Spettro del campo magnetico

Azione reciproca di due magneti

Basilica di Sant'Andrea

INDICE

Materiali

Indice

Magnete

Ago magnetico

Calamite

Spira

Limatura di ferro

Materiali

Generatore di corrente

VIDEO ESPERIMENTO

, generalmente di forma circolare. Se la spira è attraversata da corrente, si crea un campo magnetico. L'intensità del campo al centro di una spira di raggio R percorsa da una corrente I è uguale a: B= p greco k I/ R

Per questo primo esperimento utilizziamo un generatore di corrente (da 3 A) che colleghiamo ad una spira; con il termine spira si intende un filo conduttore chiuso. Quando la spira è collegata al generatore si comporta come un magnete. Le estremità della spira agiscono come i poli Nord e Sud, generando un campo magnetico all'interno e attorno alla spira. L'ago magnetico presente tra i poli opposti della spira, ruota attorno la sua posizione di equilibrio quando viene generata corrente. Se aumento o diminuisco l'intensità di corrente nel circuito, il campo magnetico prodotto dalla spira si rafforza o indebolisce. L'intensità del campo al centro di una spira di raggio R percorsa da una corrente I è uguale a: B= π k I/ R

Campo magnetico di una spira

In questo esperimento possiamo osservare le linee di forza di un campo magnetico utilizzando della limatura di ferro e una calamita a forma di barra. Per iniziare, si sparge uniformemente la limatura di ferro su un foglio di carta sottile. Successivamente, si posiziona la calamita sotto il foglio, centrata rispetto alla limatura. Si forma, così, un campo magnetico e la limatura si dispone spontaneamente lungo linee curve che rappresentano le linee di forza del campo. Queste linee partono dal polo Nord della calamita e terminano al polo Sud, evidenziando il percorso seguito dalle forze del campo magnetico. Si può notare che le linee sono più dense vicino ai poli, indicando che il campo è più intenso in queste zone, mentre allontanandosi dai poli, la densità delle linee diminuisce, segnalando un indebolimento del campo.

Spettro del campo magnetico

VIDEO ESPERIMENTO

In questo esperimento osserviamo cosa accade se avviciniamo due magneti. Quando avviciniamo i poli opposti dei magneti (ad esempio il polo Nord di uno verso il polo Sud dell’altro), osserviamo che si attraggono, avvicinandosi rapidamente. Al contrario, se proviamo ad avvicinare poli dello stesso tipo (Nord contro Nord o Sud contro Sud), i magneti si respingono, esercitando una forza che li allontana l’uno dall’altro. Notiamo inoltre che l’intensità della forza di attrazione o repulsione aumenta con la diminuzione della distanza tra i magneti. Se dividiamo il magnete, osserviamo un fenomeno interessante: ogni metà del magnete diventa un magnete completo, dotato di un proprio polo Nord e un polo Sud. Questo dimostra che i poli magnetici non possono essere separati. Anche se dividiamo il magnete ciascun pezzo manterrà sempre entrambi i poli, Nord e Sud, perché il magnetismo è determinato dall’allineamento microscopico dei dipoli magnetici all’interno del materiale.

Infine abbiamo trovate tre valori di k per ogni molla. La prima molla ha: k=(25,3 ± 1,1) N/m ; k=(24,2 ± 0,8) N/m ; k=(24,6± 0,6) N/m La seconda molla ha: k=(15,2 ± 0,6) N/m ; k=(13,4± 0,3) N/m ; k=(14,6± 0,3) N/m

i1=(0,1/3,1)⋅24,2 = 0,8 \/ i1=(0,1/4,2)⋅24,6 = 0,6 i2=(0,1/4,0)⋅ 13,4 = 0,3 \/ i2=(0,1/5,2)⋅14,6 = 0,3

Adesso calcoliamo l'errore. Per calcolare l'errore bisogna dividere ogni incertezza per il valore, sommarli e moltiplicarli per il risultato finale.Nel nostro caso abbiamo solo un valore con l'nicertezza

K1=50π2/25⋅3,12 = 24,2 N/m \/ K1=100π2/25⋅4,22 = 24,6 N/m K2=50π2/25⋅4,02 = 13,4 N/m \/ K2=100π2/25⋅5,22 = 14,6 N/m

Nella prima misurazione abbiamo misurato i due valori delle costanti elastiche che sono pari a : K1 = (25,3 ± 1,1) N/m e K2 = (15,2 ± 0,6) N/m Nella seconda misurazione ci siamo ricavati il valore del periodo, avendo così tutti i dati necessari per poter misurare le costanti elastiche delle due molle. Per ricavare k usiamo la formula: T=2π √m/k Dato che abbiamo misurato il periodo di dieci oscillazioni l'equazione diventa: 10T=2π√m/k Tramite operazioni algebriche arriviamo alla formula finale : K=π2m/25T2 Sostituiamo all'equazione trovata i dati che abbiamo:

Azione reciproca di due magneti

Come trovare la costante elastica

est. 2019

Relazione di laboratorio fatta da: Boccia.S, Casavola, Casillo, Esposito, Falco, Gragnaniello, Lipartiti, Nunziata

Dopo aver preso le misure mettiamo tutti i dati trovati all'interno di un foglio excel. Conoscendo, quindi, lo spostamento e la massa della molla possiamo calcolare la costante elastica dalla formula: F=-ks ; possiamo scrivere F come mg e allora la formula diventa mg=-ks da cui attraversi dei semplici calcoli algebrici arriviamo alla soluzione k=mg/s. Attraverso la formula appena trovata possiamo trovarci il valore di k; ovviamente avendo misurato dieci valori diversi per ogni molla ci ritroveremo dieci valori di k che ci permettono di trovare l'incertezza; infatti calcoliamo la semidispersione massima, l'errore relativo e la deviazione standard. Il valore finale della costante elastica sarà la media delle diverse k calcolate più o meno l'incertezza che nel nostro caso verrà rappresentata dalla deviazione standard essendo quella più precisa.

Misurare k in modo statico: foglio di calcolo