LABORATORIO: MISURE SUL PENDOLO

IL PENDOLO E LE SUE GRANDEZZE 
( Esperienza di laboratorio della classe III A)

UN ESPERIMENTO ALLA RICERCA DELLE FUNZIONI

CHE COLLEGANO TRA LORO LE GRANDEZZE RILEVABILI IN UN PENDOLO

  Per poter iniziare il lavoro bisogna conoscere:

 concetto di grandezza

 capacità di trovare nel piano cartesiano ogni punto corrispondente a delle coordinate date

 una certa conoscenza del concetto di funzione, con particolare riguardo ai concetti di grandezze direttamente e inversamente proporzionali.

 rappresentazioni di funzioni nel piano cartesiano

 capacità di misurare in gradi l’ampiezza di un angolo

 conoscenza della misura del tempo in minuti e secondi, e capacità di misurare intervalli di tempo di       10-30 secondi

 capacità di misurare le lunghezze

 possedere il concetto di baricentro.

Materiali

Una delle caratteristiche positive di questo lavoro è la semplicità dei materiali necessari. Naturalmente operare in condizioni di “laboratorio povero” comporta la perdita di un certo grado di precisione, ma ciò non ha impedito di lavorare in modo rigorosamente scientifico.
In ogni caso il grado di precisione ottenibile con gli strumenti utilizzati è largamente sufficiente per permettere la scoperta della legge del pendolo semplice.

Ogni gruppo dispone di:
 un filo sottile (non spago) lungo un paio di metri
 normale materiale di cancelleria, scotch compreso
 righello, squadra, goniometro e una riga da almeno 50cm
 orologio con contasecondi
 una serie di 4-5 pesi uguali, per esempio batterie stilo, monete grandi, bulloni uguali, ecc

Scopo scientifico del lavoro

Si tratta di vedere quali tra le grandezze del pendolo sono tra loro interconnesse, cioè quali sono una in funzione dell’altra e quindi dipendenti.

Le quattro grandezze che abbiamo deciso di osservare sono: tempo di oscillazione,  angolo di oscillazione, peso (massa), lunghezza del pendolo.

Abbiamo scartato le altre possibilità (temperatura, velocità, distanza tra i due punti morti, ecc) per la notevole difficoltà di rilevare o di calcolare dati relativi a queste grandezze.

Abbiamo facilmente convenuto che, per esempio, la lunghezza del filo non dipende dal peso, né tantomeno il contrario. (abbiamo escluso di usare un filo elastico).

Non sapevamo invece se il tempo di oscillazione variasse in funzione del peso, della lunghezza o dell’angolo di oscillazione.

Cosa abbiamo fatto?

Abbiamo misurarato il tempo di oscillazione facendo variare a piacere le altre tre grandezze, una per volta. (Per oscillazione si intende il ritorno del pendolo nella precedente identica condizione, identica anche per il verso del suo moto)

Abbiamo capito che l’errore del “cronometrista” è inevitabile (nessuno è perfetto) e per quanto piccolo, è molto importante rispetto ad un tempo di oscillazione di uno o due secondi e abbiamo risolto il problema suddividendo l’errore su 10 oscillazioni

Ogni gruppo era composto da un cronometrista e un “contatore”; quest’ultimo contava via via   le dieci oscillazioni complete, lavorando in tandem con il primo. Ovviamente per ottenere il tempo di oscillazione è stato sufficiente dividere per 10 il tempo rilevato e in questo modo si divide anche l’inevitabile errore, che diventa trascurabile.

Per angolo di oscillazione intendiamo quello tra la verticale e il filo del pendolo nel punto morto di partenza. (In realtà questo angolo diminuisce leggermente durante le 10 oscillazioni che l’esperimento richiede, ma non possiamo porci alcun rimedio, il moto perpetuo non esiste…)

Abbiamo riportato le varie coppie di valori (almeno 4, consigliate 6) su tre tabelle e poi su tre grafici cartesiani, ponendo come x (variabile indipendente) prima il peso, poi l'angolo, poi la lunghezza e come y (variabile dipendente) il tempo.

In un secondo momento abbiamo rappresentato sul grafico cartesiano la funzione della legge del pendolo

e l'abbiamo confrontata con il nostro grafico  lunghezza-tempo.... COINCIDE !!!!