Guida alla Fisica del Laboratorio 1 e 2

266 Pages·2017·6.24 MB·Italian

Guida alla Fisica
del Laboratorio 1 e 2
Lorenzo Zaninetti
[email protected]
Dipartimento di Fisica Generale
Edizione III
24 dicembre 2020
ii
Introduzione
Queste note vogliono sia essere un compendio completo alla fisica con-
nessa con le esperienze del Laboratorio di Fisica I e II, sia eventualmen-
te sostituire la parte di Fisica delle relazioni che i vari gruppi devono
presentare all’ esame.
iii
CAPITOLO 0. INTRODUZIONE
iv
Indice
Introduzione iii
1 Misure di lunghezze 1
1.1 Uso del nonio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 Bilancia analitica 5
2.1 Posizione equilibrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Fisica equilibrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3 Sensibilita` ed m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.4 Doppia pesata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.5 Metodo tara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.6 Sensibilita` teorica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3 La molla 13
3.1 Molle multiple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.1.1 Molle in parallelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.1.2 Molle in serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4 Modulo di Young 19
4.1 catetometro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
5 Piattaforma girevole 23
5.1 Determinazione I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.2 Teoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
6 Pendolo Semplice 29
6.1 Nota storica sul metro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
v
INDICE INDICE
7 Pendolo Reversibile 35
7.1 Modo di sperimentare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
7.2 periodo ed ampiezza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
7.3 Terza soluzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
7.3.1 L’esperimento della terza soluzione . . . . . . . . 48
7.3.2 L’ analisi dei dati . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
8 Giroscopio 55
8.1 Momento di Inerzia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
8.2 J assiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
8.3 J equatoriale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
8.4 Nutazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
8.4.1 Esecuzione pratica . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
8.5 Elaborazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
8.6 Precessione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
8.6.1 Montaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8.7 Esecuzione pratica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
8.8 Determinazione J . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
9 Bilancia di Cavendish 75
9.1 Metodo accelerazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
9.2 Moto smorzato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
9.3 Trattamento completo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
9.4 escursione Finale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
9.5 Note tecniche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
9.6 Novita` . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
10 Rotaia ad aria 97
10.1 Forze dissipative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
11 Rotaia Leybold 103
11.1 Il moto accelerato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
11.2 Influenza della viscosita` . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
12 Grande Tavola 107
12.1 Moto rettilineo uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
12.2 Deduzione della viscosita` . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
12.3 Parabola di tiro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
12.4 Urto elastico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
vi
INDICE INDICE
12.5 Urto Anelastico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
13 Il Calorimetro 127
13.1 Calorimetro di Mahler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
13.2 Misurazione di c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
x
13.3 Determinazione m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
e
13.4 Influenza del motorino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
13.5 c dell’ acciaio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
13.6 Correzione grafica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
13.7 Minima superficie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
13.8 Legge raffreddamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
13.9 Andamento riscaldamento . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
13.10Andamento raffreddamento . . . . . . . . . . . . . . . . 137
13.11Problema muro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
14 Equivalente meccanico 141
14.1 Costante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
14.2 Errori potenza meccanica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
14.3 Errori DELTA Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
15 Motore 147
15.1 Motore termico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
15.2 Macchina frigorifera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
15.3 Esperienza come motore . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
15.4 Esperienza come refrigeratore . . . . . . . . . . . . . . . 153
15.5 Nota Storica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
16 La temperatura critica 157
16.1 L’ apparato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
16.2 La fisica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
17 Rapporto c / c 163
p v
17.1 deduzione di k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
17.2 Montaggio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
17.3 Esecuzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
17.4 Esempio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
17.5 Unit`a di pressione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
vii
INDICE INDICE
18 Termometro a gas 171
18.1 Verifica Boyle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
18.1.1 Montaggio-Legge di Boyle . . . . . . . . . . . . . 172
18.1.2 Esecuzione -Legge di Boyle . . . . . . . . . . . . . 174
18.1.3 Calcolo di p e di V-Legge di Boyle . . . . . . . . 174
18.1.4 Considerazioni su V -Legge di Boyle . . . . . . . 175
18.1.5 Il prodotto p·V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
18.1.6 Numero di grammomolecole . . . . . . . . . . . . 176
18.2 Equazione di stato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
18.2.1 Montaggio-Equazione di stato . . . . . . . . . . . 177
18.2.2 Esecuzione - Equazione di stato . . . . . . . . . . 179
18.3 Verifica Gay-Lussac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
18.3.1 Esecuzione dell’esperienza . . . . . . . . . . . . . 181
19 Viscosimetro 183
19.1 Viscosit`a olio (cid:55)→ T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
19.2 Viscosit`a acqua (cid:55)→ T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
20 Velocita limite 193
20.1 Stokes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
20.2 Eqn. diff. Stokes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
20.3 Esecuzione Stokes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
20.4 Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
20.5 Eqn. diff. Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
21 Galleria del vento 199
21.1 Tubo di Venturi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
21.1.1 Tubo di Venturi-Montaggio . . . . . . . . . . . . 200
21.1.2 Tubo di Venturi-Esecuzione . . . . . . . . . . . . 202
21.2 Manometro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
21.2.1 Sonda manometrica . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
21.2.2 Misure dei vari tipi di pressione . . . . . . . . . . 204
21.2.3 Misure della velocit`a di flusso . . . . . . . . . . . 206
21.3 Canale del vento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
21.3.1 Coefficiente di resistenza . . . . . . . . . . . . . . 207
21.3.2 Montaggio per il coefficiente di resistenza . . . . . 208
21.3.3 Esecuzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
21.3.4 Valutazione e risultato . . . . . . . . . . . . . . . 209
21.4 Ala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
viii
INDICE INDICE
21.4.1 Montaggio profilo polare ala . . . . . . . . . . . . 212
21.4.2 Regolazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
21.4.3 Annotazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
21.4.4 Esecuzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
21.4.5 Valutazione e risultato . . . . . . . . . . . . . . . 215
21.4.6 Annotazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
22 Lunghezza Focale 219
22.1 Convergente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
22.2 Procedimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
22.3 Conv + div . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
23 Reticolo di diffrazione 223
23.1 Scopo dell’ esperienza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
23.2 Dispositivo Sperimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
23.3 Legge Fisica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
23.4 Procedimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
A Unit`a di misura 227
A.1 I sistemi mks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
A.2 Il sistema cgs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
A.3 Nota sulla caloria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
A.4 Il sistema tecnico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
A.5 Il sistema SI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
A.6 Novit`a 2019 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
A.7 Prefissi nel SI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
B I programmi 237
C Dati 241
C.1 Costanti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
C.2 Tabelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
D Matematica 245
D.1 Derivate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
D.1.1 Polinomi e potenze . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
D.1.2 Esponenziali e funzioni logaritmiche . . . . . . . . 246
D.1.3 Funzioni trigonometriche . . . . . . . . . . . . . . 246
D.1.4 Funzioni Iperboliche . . . . . . . . . . . . . . . . 247
D.1.5 Altre Funzioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
ix
INDICE INDICE
D.2 Integrali indefiniti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
D.2.1 Polinomi e potenze . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
D.2.2 Funzioni esponenziali e logaritmiche . . . . . . . . 248
D.2.3 Funzioni Trigonometriche . . . . . . . . . . . . . 249
D.2.4 Funzioni Iperboliche . . . . . . . . . . . . . . . . 249
D.2.5 Funzioni cicliche . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
D.2.6 Radici Quadrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
D.3 Integrali generalizzati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
D.4 Taylor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
D.5 Trigometria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
D.5.1 Triangolo retto -Definizioni . . . . . . . . . . . . . 253
D.5.2 Formule ridotte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
D.5.3 Identita` . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
D.5.4 Somme e Differenze . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
D.5.5 Angolo doppio e met`a . . . . . . . . . . . . . . . 254
D.5.6 Altre formule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
D.5.7 Cambiamenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
D.5.8 Funzioni trigometriche inverse . . . . . . . . . . . 256
D.6 Alfabeto greco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
x