MECCANICA

Bilancia tecnica Bilancia a braccio oscillante  di media precisione. Possiede dispositivo di bloccaggio del giogo con comando a levetta sulla parte frontale della base. Lettura mediante indice mobile collegato al giogo e scala fissa alla colonna. Nel cassetto frontale si trova riposta la massiera da g500 e frazioni di grammo. La serie comprende le seguenti masse campione in ottone: una da 200g, due da100g, una da 50g, una da 20g, due da 10g, una da 2g, due da 1g e le seguenti di alluminio: una da 500mg, una da 200mg, due da 100mg, una da 50mg, due da 20mg, una da10 mg.
Bilancia scolastica da laboratorio Questo è un tipo di bilancia di precisione del tipo con pesi a cursore con un intervallo di pesatura fino a 311 g ed una precisione di 0,01 g. La bilancia può essere usata per misure in esperimenti di idrostatica e osmotica.  Descrizione, dati tecnici 1. Supporto per piattello, con compensazione della tara, considerando il peso del piattello 2. Piattello, diametro 10 cm. 3. Piatto idrostatico (diametro 7,5 cm), regolabile in altezza lungo una guida graduata 4. Doppio gancio con cuscinetto (esterno in acciaio temprato e fulcro in agata) per il supporto del piattello o per agganciare i materiali da pesare nelle misure di idrostatica 5. Braccio della bilancia con cuscinetto (esterno in acciaio temprato e fulcro in agata) 6. Vite di regolazione per la taratura della bilancia 4 pesi a cursore su barra graduata con tacche per la posizione dei pesi a 0, 100 g, 200 g, 10 g, 20 g, 100 g, 0, 1 g, 2 g, 10 g con scala contrassegnata in 0,01 g da 0 a 1 g 7. Linguetta di smorzamento che si muove tra due magneti permanenti 8. Indicatore di equilibrio 9. Base con colonna di supporto; asta filettata con guida per il piatto idrostatico inserita nella colonna al momento dell’assemblaggio della bilancia (vedere sezione 3.1) Uso dell’apparecchio Per tarare la bilancia, portare tutti i pesi a zero. Ruotando la vite di regolazione, azzerare la bilancia in modo che la freccia dell’indicatore di equilibrio coincida con il riferimento di zero. Per  usare le scale a  tacche, sollevare i pesi a cursore, farli scorrere nella posizione desiderata fino a che si inseriscono nella tacca. Pesatura Iniziare con il peso a cursore più largo, muoverlo fino che l’indicatore di equilibrio si abbassa. Spostarsi indietro di una tacca e procedere con gli altri pesi più piccoli nello stesso modo fino a che la bilancia è in equilibrio. Il peso del campione è rappresentato dalla somma delle letture indicate da ogni peso  Misure di idrostatica Per prima cosa, spostare il supporto del piattello e sollevare il piatto idrostatico alla altezza desiderata. Appoggiare sul piatto il recipiente contenente il liquido. Appendere il campione al gancio inferiore del braccio della bilancia. Procedere come descritto al punto 3.  Misure di osmotica Preparare la bilancia come descritto al punto 3.4. Appoggiare sul piatto il recipiente contenente acqua distillata. Appendere la cella osmotica al gancio inferiore del braccio della bilancia servendosi di un anello di filo.
Bilancia da laboratorio ad un piattello Struttura solida, interamente in metallo. Posizioni intagliate dei pesi scorrevoli su quattro aste di scorrimento Pesi scorrevoli bloccati Smorzamento magnetico Impostazione dello zero effettivo Range di pesatura: 311 g Leggibilità: 0,01 g Range pesi scorrevoli: Anteriore: da 0,01 g a 1 g 2° asta: da 1 g a 10 g 3° asta: da 10 g a 100 g Posteriore: da 100 g a 200 g Diametro piatto: 100 mm Breve storia della bilancia Le fonti storiche disponibili non ci permettono di identificare chi ha inventato la bilancia; è pressoché certo, tuttavia, che tale strumento fosse conosciuto in Oriente fin dal neolitico. Nello specifico, le prime, sicure documentazioni di una bilancia risalgono all'antico Egitto e sono databili  intorno al 3500 a.C.: alcuni papiri e graffiti, infatti, mostrano bilance a bracci uguali atte a pesare materiali di varia natura. Fin dall'antichità, peraltro, l'esigenza di misurare la massa era particolarmente avvertita nella vita commerciale; a questo proposito, sono rimaste famose le bilance dei mercanti fenici, che si distinguevano dalle altre per i pesi a forma di testa di cavallo. In Europa, la bilancia giunse nell'età dei metalli dalle isole di Creta e Cipro: per esempio, nel palazzo di Crosso (II millennio a.C.), a Creta, fu trovata una tavoletta con incisa una bilancia. Da raffigurazioni presenti in svariate opere d'arte possiamo desumere che anche tra i Greci fosse diffuso l'uso della bilancia. I Romani, dal canto loro, perfezionarono la bilancia a bracci uguali e piatti aggiungendo l'indice; di fatto, essi utilizzavano tale modello di bilancia per le pesate esatte di piccoli oggetti, mentre per le merci grossolane si servivano della stadera, originaria della Campania. La stadera è un tipo di bilancia basato sul principio della leva. È formata da un'asta (stilo) lungo la quale si sposta il peso equilibrante (romano), mentre il fulcro è costituito dal gancio dal  quale la stadera è sostenuta. All'altra estremità dell'asta è montato il piatto su cui si pone il corpo da pesare; l'equilibrio si ottiene allora spostando il romano. Una curiosità: questa denominazione non è legata ai Romani, ma deriva dalla lingua araba in quanto la forma di tale peso scorrevole ricorda quella del melograno, che in arabo si dice “rumen”.Ben presto, la bilancia cominciò a essere usata anche per le ricerche scientifiche: in particolare, Archimede di Siracusa (287 a.C. circa – 212 a.C.) se ne servì per cercare di conoscere il peso specifico dei corpi. Nel primo Medioevo, il fisico arabo Al-Khazini utilizzò bilance perfezionate per determinare il peso specifico dei metalli preziosi. Naturalmente, poi, con il trascorrere dei secoli le bilance si sono via via evolute adeguandosi ai vari progressi tecnologici. Due tipi di bilance: bilance tecniche e bilance analitiche   Per eseguire le misure di massa si hanno a disposizione due tipi di bilance che vanno sotto il nome di bilance tecniche e di bilance analitiche a seconda che a loro sensibilità di lettura sia 0.1 - 0.01 grammi oppure vada fino al decimo o al centesimo di milligrammo. A fronte della maggiore sensibilità delle bilance analitiche rispetto a quelle tecniche, queste ultime garantiscono una maggiore robustezza e un carico massimo tollerato pari a 0.5 – 3 Kg, decisamente superiore a quello usualmente permesso nelle bilance analitiche, che è di 100/200 grammi. Le bilance analitiche si differenziano inoltre da quelle tecniche in quanto il piatto è racchiuso entro una cassa protettiva dotata di sportelli in vetro. Questa protezione permette di eliminare i problemi di instabilità della lettura, che ai livelli di sensibilità propri delle bilance analitiche sono causati da spostamenti d’aria anche molto deboli. Sia le bilance tecniche che quelle analitiche sono ormai costruite e commercializzate esclusivamente in versione elettronica automatica che consente appunto di eseguire la misura in modo del tutto automatico. E’ sufficiente dare corrente al circuito elettronico dello strumento, azzerare il display mediante il pulsante “tara”, porre sul piatto l’oggetto e  leggere sul display il valore misurato; la lettura si stabilizza entro frazioni di  secondo. Tuttavia, la grande semplicità di utilizzo di questi strumenti non deve  indurre a un loro uso poco attento.
Bilancia rapida di precisione Bilancia elettronica che permette di eseguire l’esatta  pesatura fino a  in un’ unica operazione e pertanto, in un tempo assai breve. Essa funzione secondo il principio di sostituzione, col quale vengono evitati gli errori sistematici di una bilancia a due piattelli. E’ esclusa ogni manipolazione di pesi . Su una scala si ha l’indicazione automatica di pesi fino a 10g; il passaggio su carichi superiori fino al massimo di 160g avviene con la semplice rotazione di una manopola. Grazie allo smorzamento mediante correnti di Foucault, il valore di misura può essere letto in pochi secondi sulla scala illuminata, con precisione di  0,001g. Poiché il risultato appare in cifre, gli errori di lettura sono praticamente esclusi. Lo smorzamento a correnti di Foucault permette l’osservazione diretta di variazioni del peso durante la sperimentazione. Portata 16g
Bilancia per corrispondenza Questa bilancia veniva utilizzata per pesare le lettere per stabilire il giusto francobollo.
Calibro a cursore   Il calibro  è uno strumento di misura della lunghezza, adatto soprattutto a misurare la larghezza di un oggetto, la distanza fra due facce piane in una concavità, o la profondità di un solco o di un foro. Il calibro a cursore è un tipo di calibro costituito da un regolo graduato realizzato in due parti che scorrono assialmente fra loro e dotato di appendici (becchi o aste) per le quote da misurare. Normalmente si definisce parte fissa o corpo quella che reca la gradazione principale, mentre l’altra si definisce cursore o nonio. Sulla parte fissa del calibro è incisa una scala graduata in millimetri. . Per apprezzare una frazione più piccola (1/10, 1/20 fino a 1/100) del minimo intervallo D segnato sulla scala sulla parte mobile del calibro (il cursore) viene posto un nonio. Il nonio è fondamentalmente un regolo costituito da n divisioni tutte equidistanti tra loro di una certa quantità d. Il numero di divisioni del nonio in un calibro a cursore può essere uguale a 10 (nonio decimale), 20 (ventesimale) o 100 (centesimale). Il calibro è molto utilizzato nelle officine meccaniche, allo scopo di controllare le dimensioni dei pezzi durante la lavorazione meccanica ed alla fine di essa; ed in generale è usato in ogni tipo di lavoro che richieda misurazioni precise.
	Micrometro di precisione di precisione con vite a contatto sensibile e fermo. Materiale: acciaio inossidabile. Campo di misura: da 0 a 25 mm Lettura: 0,01 mm   Il micrometro, o calibro Palmer, è uno strumento di misura in grado di misurare lunghezze con un’accuratezza fino al milionesimo di metro. Esistono tipi di micrometri adatti per misurare spessore e diametro esterno di barre, fili o sfere, altri per diametri interni ed altri ancora per la profondità di fori. Rispetto al calibro il micrometro è più semplice da usare e più preciso nella lettura. Il principio di funzionamento è basato sull'avanzamento di una vite che spinge un cilindro mobile contro uno fisso, tra cui viene posto l'oggetto da misurare. Una scala graduata solidale alla vite è suddivisa in tacche, in modo che si possano apprezzare le frazioni di passo della vite stessa. Se per esempio la vite avanza di un millimetro ad ogni giro e la scala è suddivisa in cento parti, la precisione dello strumento sarà di un centesimo di millimetro. Una seconda scala solidale all'albero fisso rispetto alla vite consente di determinare i multipli di passo e quindi la misura macroscopica. Il micrometro è molto usato dai gioiellieri per la misura delle pietre, e nelle industrie tecniche di precisione; inoltre, se applicato ad altri strumenti  può essere utilizzato in vari tipi di misurazione. Prende, ad esempio, il nome di micrometro oculare se applicato all’oculare di un microscopio, mentre il micrometro impersonale, applicato ad un telescopio permette di seguire il movimento di un astro agendo sulla vite di comando del micrometro con movimento continuo.   Il primo micrometro a vite fu realizzato da William Gascoigne nel XVII secolo come miglioramento rispetto al calibro Vernier, e fu usato con un telescopio per la misura delle distanze stellari e il calcolo della parallasse. Successivamente Jean-Louis Palmer lo perfezionò e ne ridusse le dimensioni (e da questi lo strumento prese il nome).
	Apparecchio per la stabilità L'apparecchio per la stabilità spiega l'equilibrio stabile e instabile. A seconda del tipo di criticità del potenziale nel punto di equilibrio statico si distinguono tre casi: equilibrio stabile (potenziale minimo locale), equilibrio instabile (massimo locale o flesso orizzontale), equilibrio indifferente (potenziale localmente costante). Nel primo caso una piccola variazione delle condizioni causa un richiamo del sistema verso il punto di equilibrio; nel secondo causa una divergenza, o un allontanamento verso un equilibrio stabile; nel terzo le piccole variazioni portano a nuove configurazioni di equilibrio. Nella fisica, l'equilibrio statico è lo stato delle particelle , dei corpi o del punto materiale in cui, in un dato sistema di riferimento inerziale, non c'è movimento e non agiscono (localmente) forze che lo possano innestare. L'equilibrio statico di un sistema di punti o di corpi equivale a quello di ogni sua componente.
	La leva Una leva è una macchina semplice che trasforma il movimento. Essa è composta da due bracci solidali fra loro (che ruotano cioè dello stesso angolo e con la stessa velocità angolare) incernierati per un'estremità a un fulcro (F), attorno al quale sono liberi di ruotare. A un'estremità di uno dei due bracci si applica la forza che deve essere equilibrata o vinta, detta resistenza (R) e all'estremità dell’altro braccio la cosiddetta potenza (P), la forza che deve equilibrare o vincere la resistenza. La distanza dal fulcro alla resistenza è detta braccio della resistenza (br), la distanza tra la potenza e il fulcro invece è detta braccio della potenza (bp). La condizione di equilibrio statico della leva si scrive imponendo che il momento meccanico della potenza sia eguale al momento meccanico della resistenza rispetto al fulcro, ove il momento meccanico è definito come prodotto della forza per il braccio. All'equilibrio deve quindi risultare: R × br = P × bp Si deduce quindi che, quanto maggiore è il braccio della potenza rispetto al braccio della resistenza, tanto minore è la potenza richiesta per equilibrare (ed eventualmente vincere) la resistenza. In base al rapporto tra forza resistente e forza applicata (o potenza) le leve si distinguono in: svantaggiose: se la forza applicata richiesta è maggiore della forza resistente (bp / br < 1)  indifferenti: se la forza applicata richiesta è uguale alla forza resistente (bp / br = 1) vantaggiose: se la forza applicata richiesta è minore della forza resistente (bp / br > 1) In base alla posizione reciproca del fulcro e delle forze le leve si distinguono in: leve di primo genere: il fulcro si trova tra le due forze; possono essere vantaggiose, svantaggiose o indifferenti leve di secondo genere: la forza resistente si trova tra fulcro e forza applicata (o potenza); sono sempre vantaggiose leve di terzo genere: la forza applicata (potenza) si trova tra fulcro e forza resistente; sono sempre svantaggiose. Storia Archimede non fu il primo a far uso della leva e non fu neppure il primo a formularne il principio generale. Alcuni scritti aristotelici contengono l'enunciazione del principio secondo cui due pesi posti su una bilancia si fanno equilibrio quando sono inversamente proporzionali alle rispettive distanze dal fulcro. Gli studi di Archimede sul principio della leva fanno parte del suo trattato, in due libri, Sull'equilibrio dei piani. Questo non è il più antico libro esistente su quella che potremmo chiamare scienza fisica: infatti, Aristotele, circa un secolo prima, aveva pubblicato un'opera molto nota in otto libri, intitolata Fisica. Ma mentre il metodo di trattazione aristotelico era speculativo e non-matematico, la trattazione archimedea era simile alla geometria di Euclide. Da due insiemi di semplici postulati Archimede deduceva alcune conclusioni, stabilendo quella stretta relazione tra la matematica e la meccanica che doveva diventare così importante sia  per la fisica, che per la matematica. I peripatetici, poi, associavano questo principio con la loro ipotesi che il moto rettilineo verticale fosse l'unico moto terrestre naturale. Essi sottolineavano il fatto che gli estremi dei bracci disuguali di una bilancia, quando vengono fatti ruotare attorno al fulcro, tracciano circonferenze piuttosto che segmenti rettilinei: l'estremo del braccio più lungo si muove lungo una circonferenza più ampia e pertanto la sua traiettoria si avvicina di più al moto rettilineo verticale naturale di quanto non faccia l'estremo del braccio più corto. Pertanto il principio della leva è una conseguenza naturale di questo principio cinematico. Archimede stabilì invece il principio della leva, basandosi soltanto su principi statici, senza ricorrere al ragionamento cinematico. Nel Medioevo sarebbe stata realizzata una sintesi tra i due punti di vista, statico e cinematico, che avrebbe comportato notevoli progressi. Applicazioni Lo strumento ci permette di dimostrare l’equilibrio stabile,instabile e indifferente. Esso viene inoltre utilizzato per esperimenti sulla leva stessa.
	Tubo di Newton In assenza di aria gli oggetti contenuti all’interno del tubo: piuma, piombino, sughero e pezzetto di legno , cadono con la stessa accelerazione.
	Marcatempo elettromagnetico   Il marcatempo elettromagnetico è un dispositivo sperimentale che serve per studiare le leggi del moto rettilineo uniforme. Dotato di rebbi su cui scorre la carta carbone, ancorata ad un carrellino semovente, a sua volta posto al di sopra dell'apposita guida metallica, lo strumento può utilmente sostituire il comune cronometro. Collegato ad un trasformatore, facendo attenzione che la striscia di carta carbone non si pieghi tra le guide del marcatore e regolando la velocità con la manopola, l'apparecchio è in grado di apprezzare la variazione di velocità  in relazione al tempo e allo spazio e quella dell'accelerazione rispetto alla velocità e al tempo. I punti lasciati dal marcatempo sulla carta carbone risultano infatti essere equidistanti: è quindi possibile calcolare velocità ed accelerazione sia nel moto rettilineo uniforme sia nel moto rettilineo uniformemente accelerato. Del resto, il percussore batte esattamente 50 volte al secondo: separando le tracce in gruppi di 5, la lunghezza di ciascun gruppo corrisponde dunque allo spazio percorso dalla carta carbone (e dal dispositivo che la trascina) in un decimo di secondo. Per studiare il moto rettilineo uniforme bisogna fare ricorso ad un carrellino semovente. Lo si aziona mediante l'interruttore ed esso può procedere in entrambe le direzioni. Eseguendo tre sole prove con velocità minima, intermedia e massima, è facile realizzare i diagrammi orari di tutti e due i moti studiati.
	Digital timer Per misurare digitalmente intervalli di tempo con la precisione di 0,1 e0,01 secondi
	Orologio elettronico Lo strumento è progettato per la misurazione di tempi brevi durante prove o esperimenti fisici e si presenta dotato di quadrante numerato da 0 a 9 con due lancette per segnare i secondi e poi i  minuti. Nei modelli più recenti, tuttavia, le lancette sono state sostituite da un display centrale per segnare i secondi interi, mentre le frazioni di secondo vengono segnalate grazie a un punto luminoso che scorre lungo una corona di diodi, in questo modo si evitano errori di parallasse. Sotto al quadrante il pulsante a bilanciere può essere utilizzato per l’avviamento manuale dello strumento, nel caso in cui non siano in uso le due prese START e STOP. Queste ultime due, poste sempre al di sotto del quadrante, sulla sinistra del pulsante a bilanciere, servono per avviare o arrestare la misurazione dei tempi tramite l’oscuramento o l’illuminazione di una barriera luminosa. Sul lato sinistro è posto il pulsante di RESET, per azzerare lo strumento una volta finita la misurazione. Applicazioni dello strumento Questo strumento viene appunto impiegato nella misurazione di tempi brevi in prove o esperimenti fisici. È un ottimo esempio di utilizzo dell’orologio elettronico P, la misurazione del periodo di caduta libera di uno o più oggetti considerati (v. figura 1), o la misurazione del periodo di oscillazione di un pendolo (v, figura 2) o ancora la misura del tempo di oscuramento di una barriera luminosa per determinare la velocità istantanea.
	Ruota di Maxwell La ruota ha un raggio R di 6.5 cm ed una massa m di 0,7 kg. È montata su due aste di sostegno lunghe 100 cm, collegate ad un asse di 25 cm e di raggio r 6 mm, tramite due fili inestensibili avvolti alle estremità di quest’ultimo. Per il montaggio dell’apparato sono necessari 4 morsetti Leybold e 2 morse da tavolo.         Storia L’apparecchio fu ideato da James Clerk Maxwell (Edimburgo1831 – Cambridge1879), ma venne realizzato per la prima volta nel 1930 da costruttore sconosciuto.        Utilizzo Il pendolo si carica avvolgendo i fili intorno all’asse del volano, che in questo modo sale e quindi acquista energia potenziale gravitazionale. Lasciato libero scende perdendo energia potenziale e acquistando energia cinetica di rotazione. Giunto al fondo il filo si riavvolge, il volano sale. Inizia così una serie di trasformazioni energetiche, con oscillazioni che a poco a poco si smorzano a causa degli attriti. Il moto di discesa e di risalita si ripete più volte con un periodo che dipende dal dislivello iniziale h  dall’accelerazione di gravità g e dal rapporto tra il raggio della ruota e il raggio del suo perno. Mediante il sensore di posizione è possibile valutare la velocità con la quale la ruota arriva a fondo corsa e quindi eseguire misurazioni molto accurate.   Il grafico sopra riportato è relativo alla distanza della ruota dalla base del pendolo. Gli inevitabili attriti fanno sì che la quota raggiunta dopo ogni ciclo, sia inferiore al ciclo precedente. L’analisi dell’energia riportata nel grafico seguente mostra che la somma dell’energia potenziale riferita alla base (linea verde) e quella cinetica rotazionale (linea blu) è praticamente costante durante ogni ciclo (linea rossa). L’energia cinetica traslazionale è trascurabile (linea magenta).     Aldilà dell'innegabile interesse scientifico, questo strumento ha evidentemente colpito la fantasia di qualcuno che ne ha voluto realizzare una versione ludica che ha conosciuto in tempi anche recenti un grande revival: il ben noto yo-yo.
	Caduta libera Lo strumento è costituito da un magnete di ritenuta, una piastra di contatto e un supporto verticale che li sorregge entrambi in modo da porre in asse le rette d'azione dei due componenti. Per la realizzazione di esperimenti sono inoltre necessari una sfera metallica e un timer.  Il magnete di ritenuta, collegato ai due poli di una pila, sincronizza il rilascio della sfera metallica con l'inizio del conteggio del tempo: la sfera viene rilasciata interrompendo il circuito attraverso un interruttore. La piastra di contatto sospende il conteggio del timer nell'istante in cui la sfera cade sulla superficie di contatto. Storia il primo scirnziato ad effettuare un tentativo di studio del moto in caduta libera dei gravi fu Galileo Galilei il quale, rendendosi conto della difficoltà di misurare il tempo di caduta attraverso gli strumenti a sua disposizione, spostò lo studio su di un piano inclinato che gli permetteva dunque di analizzare lo stesso fenomeno ma con un'accelerazione minore. Attraverso questo studio egli arrivò alla formulazione della legge di caduta dei gravi secondo la quale lo spazio S  era “ doppiamente proporzionale “ al tempo di percorrenza t, ovvero era in rapporto costante con il suo quadrato. Questa legge fu poi sviluppata da Newton che identificò la costante nella metà dell'accelerazione gravitazionale, ovvero k=1/2g. Attraverso questi  studi e il perfezionamento degli strumenti di misurazione è stato successivamente possibile realizzare degli strumenti che misurassero quanto più precisamente il moto dei gravi, fino ad arrivare al magnete ed alla piastra di contatto attuali che rivelano  con un errore molto piccolo i dati necessari allo studio di questo tipo di moto.
Rotaia a cuscino d’aria   Rappresenta la soluzione più adeguata per l’esecuzione di esperienze nel campo della meccanica. La rotaia a cuscino d’aria è costituita da un tubo a sezione triangolare allineato su un supporto rigido       Sulle due facce superiori del tubo sono praticati dei fori di piccolo diametro dai quali esce l’aria fornita da un soffiatore a bassa pressione. La rotaia a cuscino d’aria è dotata di una serie di cursori da appoggio sulla rotaia, i quali galleggiano sullo strato d’aria che rimane interposto fra le facce forate del tubo e le superfici dei cursori stessi. I cursori possono muoversi lungo il tubo, praticamente senza attrito.     L’unica resistenza al moto è dovuta alla viscosità dell’aria. Il cursore mobile è un corpo rigido, senza parti in rotazione, questo permette pertanto di evitare gli attriti radenti, volventi e i momenti d’inerzia delle parti rotanti del carrello classico.     La rotaia a cuscino d’aria è corredata di una attrezzatura per la misura dei tempi con la precisione del cinquantesimo di secondo, che utilizza il sistema di registrazione a polvere di zolfo elettrizzata. Con le attrezzature fornite a corredo della rotaia si possono misurare fino a sei intervalli di tempo consecutivi durante una singola esperienza.           Rotaia a cuscino d’aria          Guidovia a cuscino d'aria o rotaia a cuscino d'aria è uno strumento di laboratorio utilizzato per rendere trascurabile l'attrito tra il corpo e il piano nello studio dei moti rettilineo uniforme o uniformemente accelerato. Il moto rettilineo uniforme si riproduce applicando una forza iniziale al carrello, mentre per quello uniformemente accelerato generalmente si sfrutta la forza di attrazione gravitazionale della Terra, inclinando il piano o, sul piano orizzontale, facendo tirare il carrello da un pesetto posto in seguito ad una carrucola.. In quest'ultimo caso la forza applicata, per il secondo principio della dinamica, sarà uguale alla massa del pesetto moltiplicata per l'accelerazione gravitazionale. Altrimenti, nel caso in cui la rotaia sia inclinata e non ci siano altre forze, la spinta sarà data dalla forza peso parallela al piano del carrello (massa per accelerazione gravitazionale per il seno dell'angolo compreso tra la rotaia e il piano orizzontale).

 

 

 

MOTO ROTATORIO

Anelli centrifughi

Una volta montati sulla macchina di rotazione, tali accessori risultano essere flessibili e, quando la macchina entra in rapida rotazione, appaiono visibilmente schiacciati in direzione verticale a causa della forza centrifuga che spinge verso l'esterno la zona equatoriale. Gli anelli servono essenzialmente a dimostrare lo schiacciamento polare terrestre dovuto al suo moto di rotazione, oltre che a spiegare il motivo per cui più un corpo è rapido a ruotare su se stesso, più appare schiacciato ai poli, esattamente come accade anche per i pianeti Giove e Saturno.


Schiacciamento polare terrestre.

 

Schiacciamento polare di Giove.


Schiacciamento polare di Saturno


Dispositivo per la verifica della forza centrifuga

   
Costituito da un telaio in ferro munito di un perno da fissare sulla macchina di rotazione e portante un'asta d'acciaio, perpendicolare all'asta di rotazione, lungo la quale sono libere di scorrere due sfere di massa diversa collegate con una molla, l'apparecchio è in grado di verificare gli effetti della forza centrifuga, cioè di quella forza che appare agire su di un corpo che si muove di moto curvilineo, quando tale moto viene analizzato in un sistema di riferimento non inerziale.
Le due sfere, una volta posto il telaio in rotazione, sotto l'azione delle proprie apparenti forze centrifughe, scorrono lungo l'asse con moto dipendente dalle masse e dalle rispettive distanze dall'asse di rotazione: pertanto tenderanno  ad allontanarsi dall'asse stessa.
In particolare, vengono studiati gli effetti della forze centrifughe F e F' in funzione delle masse rotanti m e m', delle distanze r e r' delle masse dal centro di rotazione e delle velocità angolari ω e ω ' che rendono possibile la verifica della relazione:
F = m

Dispositivo per la determinazione della forza centrifuga

 Il dispositivo posto in rotazione permette, grazie a un dinamometro di evidenziare la presenza di una forza centrifuga.

Modello per il pendolo di Foucault

             
  
Il pendolo di Foucault prende il suo nome dal fisico francese che lo progettò: Jean Bernard Léon Foucault.
Presentato nel 1851, questo particolare pendolo costituisce una delle prove sperimentali della rotazione della Terra rispetto al sistema delle stelle fisse. Esso era costituito da una sfera di 28 kg che terminava con una punta che sfiorava un disco posto sul pavimento, cosparso di sabbia, sospesa mediante un filo di 67m all’interno della cupola del Pantheon a Parigi.
Mettendo in movimento il pendolo, Foucault osservò, mediante l’analisi delle tracce lasciate sulla sabbia dalla massa oscillante, che il piano di oscillazione del pendolo ruotava di un giro completo ogni 32 ore circa. Poiché le leggi della fisica mostrano che il piano di oscillazione di un pendolo che possa oscillare liberamente in realtà rimane fisso nello spazio, fu facile dedurre che l’apparente rotazione del piano era dovuta al movimento del pavimento, o meglio al movimento della Terra che si muove in senso antiorario.
Se il pendolo costruito da Foucault fosse messo ai poli, il piano di oscillazione compierebbe un giro completo ogni 24 ore, cioè circa 1° ogni quattro minuti; all’Equatore invece non si sposterebbe affatto perché la Terra non compie nessuna rotazione intorno all’asse equatoriale. Alle latitudini intermedie l’effetto è compreso tra i due estremi; a Parigi, infatti, il piano ruota più lentamente di quanto avverrebbe se si trovasse al Polo Nord.
Questo esperimento fu ripetuto il 21 settembre 1929 da Padre Alfani nella cattedrale di Santa Maria del Fiore a Firenze con una massa di 100kg e un cavo di 108.24m e i risultati furono analoghi.

Regolatore di Watt

Che James Watt (1726-1819) ideò per regolare l’afflusso di vapore nel motore da lui inventato, perfezionando la macchina a vapore di Newcomen. Se il vapore è in eccesso, la macchina gira troppo velocemente e rischia di esplodere, ma la forza centrifuga porta all’apertura dei due bracci, la quale agisce su una valvola che limita l’erogazione del vapore; se il vapore diminuisce troppo, i bracci si abbassano a causa della diminuzione della velocità e la valvola si riapre.

Disco per la verifica della dipendenza dal raggio nella forza centrifuga

Si tratta di un disco che riporta sei fenditure equidistanti  e appartenenti allo stesso diametro con tre palline di uguale massa.
ponendolo sulla lo strumento sulla macchina di rotazione e facendola girare, si osserva come le palline sono spinte all'estremità proprio dall'esistenza della forza apparente nota come forza centrifuga, che è anche alla base per esempio delle normali lavatrici.

Agitatore magnetico con riscaldamento

Agitatore magnetico con piastra di riscaldamento in acciaio con possibilità di regolare la temperatura di riscaldamento

Grande apparecchio balistico

Il grande apparecchio balistico è una macchina sperimentale che dimostra quantitativamente le leggi della balistica, permettendo il lancio di piccole sfere di metallo, che fungono da proiettili, ad angoli regolabili con continuità tra 0°e 90° (con suddivisione 5°) e con tre diverse velocità iniziali.
Fissato ad un supporto stabile mediante due pinze da tavolo, l'apparecchio è formato da un pistone che, spinto da una molla, è in grado di scorrere pressoché senza attrito in un tubo di guida e alla cui estremità anteriore è fissato un piccolo magnete che trattiene la sferetta fino al momento del lancio.     Sull'estremità posteriore del pistone sono invece fresate tre scanalature, nelle quali può essere inserita una piccola leva per bloccare la molla tesa, in modo da poter ottenere tre diverse tensioni della molla. Al contrario, la posizione del punto di partenza è fissa per tutti i lanci, dal momento che il proiettile inizia il volo dal fulcro della macchina. 
Il lancio è regolato da un microinterruttore che, una volta premuto, interrompe il circuito e fa scattare un misuratore, in grado di determinare la misura precisa del tempo di volo della sfera. 
In tal modo possono essere facilmente rilevate parabole da tiro, nonchè evidenziate le varie relazioni tra l'angolo d'inclinazione e la gittata.
Per esempio, può essere verificata la relazione per cui la gittata massima si ottiene per un'inclinazione di 45° rispetto al
piano di appoggio e che le gittate sono uguali per angoli che differiscono ugualmente da 45°.
Relazioni tra l'angolo d'inclinazione e la gittata.


Oppure, conoscendo l'angolo che la sfera forma con il piano parallelo all'orizzontale e calcolando con lo strumento a disposizione la gittata e il tempo di volo, è possibile anche determinarne la traiettoria mediante il metodo grafico del balistico tedesco Schmidt. 

Metodo grafico per la determinazione della traiettoria di un proiettile.

L'aggiunta all'apparecchio di una piastra di contatto consentirebbe inoltre di studiare, istante per istante, due o più moti in
Sovrapposizione di due moti.


sovrapposizione: infatti, dopo aver lanciato la prima sfera, possono esserne sganciate altre,  in modo tale da poter osservare il loro movimento rispetto alla prima sospesa all'elettromagnete.
Inoltre, sia il pistone che la molla possono essere smontati dall'apparecchio e, conseguentemente, le loro masse misurate individualmente, in modo da poter dimostrare I teoremi sulla
quantità di moto e di energia.

Planetario

Il planetario è uno strumento che serve a riprodurre i movimenti dei pianeti visti da un osservatore posto in un dato luogo in un certo istante. I fenomeni da esso descritti sono: il moto della Terra intorno al Sole, la rotazione della Terra intorno al proprio asse, la direzione dell’asse terrestre, il moto della Luna intorno alla Terra, l’orientamento dell’orbita lunare rispetto all’orbita terrestre e la proiezione della sfera celeste per mezzo della lampada.
Esso è costituito da una cupola di plastica trasparente sulla quale sono riportati il reticolato astronomico, le costellazioni e l’equatore celeste.
Grazie ad una scala graduata situata sulla base dello strumento, è possibile determinare la posizione dei pianeti annualmente, ma anche mensilmente e, attraverso l’azionamento con le manopole, si può scegliere di far ruotare il sistema con differenti velocità o in sensi inversi.
Sostituendo ai pianeti il cilindro che sorregge la Luna e la Terra ed utilizzando una fonte di luce esterna, è possibile condurre una serie di esperimenti che ci permettono dimostrare i fusi orari, le fasi lunari, le eclissi, il giorno e la notte, le stagioni e tutti i fenomeni riguardanti il sistema solare.

Storia
Nell’antichità gli uomini spiegavano i movimenti planetari attraverso teorie coerenti e razionali.
Il primo strumento utile alle osservazioni astronomiche fu inventato dai greci e prese il nome di astrolabio (dal greco “ astrolabon”, ovvero “prenditore di stelle”).
Successivamente nacque la sfera armillare, un nuovo apparecchio costruito dai greci che divenne popolare solo dal XV secolo in poi.
Oltre a questi due strumenti, intorno al XII secolo apparve un particolare tipo di orologio che poco aveva a che fare col tempo, in quanto serviva principalmente a studiare il moto e la rappresentazione dei pianeti.
Esso può essere considerato come l’anticipatore dell’odierno planetario.  

Bilancia di Torsione per la Legge di Coulomb

La bilancia di torsione è un’applicazione del principio d’inerzia per il moto rotatorio che ha la funzione di misurare piccolissimi momenti torcenti.  Essa consiste in un corpo sospeso per il suo centro tramite un filo; quando il corpo viene ruotato intorno al suo asse il filo esercita su di esso un momento che tende a richiamarlo verso la sua posizione di equilibrio, così il corpo continua a ruotare prima in un senso e poi in quello opposto, svolgendosi e riavvolgendosi ripetutamente intorno al filo.

Per spostamenti piccoli il sistema compie oscillazioni armoniche il cui periodo dipende dal tipo di materiale di cui è composto il filo; la misura di tale periodo consente di stimare la costante di rigidità del materiale. Dall’ampiezza dell’angolo di torsione spazzato da un simile pendolo in seguito a una sollecitazione elettrica, ovvero il momento di inerzia, il fisico francese Charles-Augustin de Coulomb determinò la forma matematica della forza di attrazione o repulsione elettrostatica tra cariche elettriche,  oggi nota con il suo nome. Come tributo alle sue scoperte, è stata chiamata Coulomb (simbolo C) l’unità di misura della quantità di elettricità nel Sistema Internazionale.

  

Bilancia di Torsione con Pendolo Orizzontale

Il nostro liceo dispone di una bilancia di torsione con la quale è facilmente comprensibile la differenza dei momenti di torsione di corpi aventi uguale massa ma diversa forma o di quelli aventi massa diversa ma stessa forma. E’ possibile evidenziare questa differenza mediante l’osservazione della torsione di solidi aventi le caratteristiche richieste applicabili alla bilancia. Essa inoltre è utile per determinare il momento d’inerzia di diversi corpi di prova in base al periodo delle oscillazioni.

 

 

FLUIDI

Apparecchio di Pellat

E' formato da un contenitore con il fondo formato da una membrana. Questa, sotto il peso del liquido sovrastante si deforma agendo su una leva collegata ad un indice.
Questo apparecchio serve per dimostrazioni sulla pressione esercitata dai liquidi sul fondo del recipiente che li contiene. Apparecchio di costruzione mista comprendente un supporto in metallo sul quale vengono avvitati alternativamente tre recipienti di vetro aventi forma diversa: la parete inferiore del supporto cilindrico è costituita da una membrana di gomma poggiante su un dispositivo a leva in grado di amplificare la deformazione della membrana. Un indice ed una scala consentono di evidenziare il fatto che la deformazione suddetta dipende esclusivamente dall’ altezza del liquido e non dalla forma del recipiente

 

Cenni storici
La legge quantitativa della pressione sul fondo è stata formulata dall’idraulico fiammingo Stevino
(Simon Stevin Bruges 1584 – Leida 1620).
Pascal (Blaise Pascal Clermont-Ferrand 1623- Parigi 1662) propose la celebre esperienza della botte che cede a causa della pressione provocata da un sottile tubo pieno d’acqua collegato al coperchio superiore della botte stessa.
USO
Didattico per illustrare il paradosso idrostatico e la legge di Stevino.
Si raccomanda di usare acqua distillata per evitare incrostazioni calcaree, svuotare il manometro a mercurio dopo l’uso.

Legge di Stevino
La pressione sul fondo non dipende dalla sezione dei tubi stessi (paradosso idrostatico) :
p = d.g.h
dove :
p = pressione sul fondo
d = densità del liquido
g = accelerazione di gravità
h = altezza raggiunta dal liquido

Capsula manometrica

Per studiare l’aumento della pressione in un liquido con il crescere della profondità e l’indipendenza della pressione idrostatica dalla direzione.

 

 

CAMPANA E PIATTO PER POMPA A VUOTO

La macchina chiamata pompa a vuoto o pompa pneumatica è costituita da una campana di vetro spesso, posta sopra un piatto forato di metallo dotato di una valvola di immissione d’aria alla quale viene collegato, tramite una pompa, un motore con la funzione di aspirare l’aria presente all’interno della campana.
La pompa a vuoto è dunque un apparato che serve a rarefare l’aria in uno spazio determinato, ovvero la robusta campana di vetro appoggiata al suo piatto.
Questo strumento viene utilizzato per lo studio di quella serie di fenomeni che avvengono ad una pressione inferiore a quella atmosferica(è infatti impossibile creare il vuoto totale all’interno della campana).

Cenni storici
Molti sono stati i tentativi di fare il vuoto, i primi risalgono a Galileo e all’Accademia del Cimento; successivamente, nel 1640, studi più approfonditi vennero fatti da Torricelli, personalità di particolare rilievo, che fu il primo ad affermare,tramite l’esperimento dell’argento vivo, l’esistenza del vuoto. Per effettuare questo esperimento Torricelli riempì di mercurio un tubo di vetro aperto ad una delle estremità.Poi tenendo serrata con un dito l’estremità aperta, rovesciò il tubo in una bacinella contenente mercurio. Osservò allora che la colonna di mercurio scendeva solo parzialmente, fermandosi ad un’altezza di circa 76cm. Torricelli sostenne che nello spazio sopra il mercurio ci fosse il vuoto e che il sostentamento della colonna di mercurio dipendesse dalla pressione che l’aria esercitava sul mercurio contenuto nella bacinella. L’affermare l’esistenza del vuoto al tempo suscitò una certa diffidenza, era infatti comune a molti l’idea    dell’“horror vacui” e cioè orrore del vuoto. L’asserzione della presenza del vuoto entrava inoltre in contrasto con la logica di alcune tradizioni soprattutto religiose. Nel 1650 ca. il fisico tedesco Von Guericke eseguì una serie di esperimenti sul vuoto che lo portarono alla creazione degli ormai famosi “emisferi di Magdeburgo”, ma, il primo modello di macchina pneumatica, che risale al 1669, fu ideato da Robert Boyle: egli costruì un contenitore in vetro spesso con applicato un complesso sistema di ingranaggi per estrarre l’aria, questo macchinario venne poi sviluppato con il contributo di vari fisici fino ad arrivare al modello attuale.

Applicazioni:
Numerosi sono gli esperimenti che la pompa a vuoto ci permette di eseguire.
1-ponendo un palloncino sgonfio e chiuso all’estremità sotto la  campana di vetro e togliendo l’aria da questa si nota che il palloncino inizia a gonfiarsi; ciò avviene perché la poca aria ancora presente all’interno del palloncino, non essendo più sottoposta ad una pressione, comincia a dilatarsi.
2-sotto la campana pneumatica il baroscopio, strumento costituito da una piccola bilancia che sostiene da una parte una sfera di vetro e dall’altra un contrappeso, si osserva che, a condizioni normali di pressione la sfera e il contrappeso sono in equilibrio mentre,se si fa il vuoto la sfera(che ha un volume maggiore rispetto al contrappeso) si abbassa per mancanza della spinta ascensionale.
3-un esperimento molto interessante consiste nel mettere sotto la campana di vetro un campanello; togliendo l’aria il trillo del campanello  non si sente più, il suono non è infatti in grado di trasmettersi nel vuoto in quanto necessita di un mezzo di propagazione.
4-appoggiando un crepavesciche(costituito da un cilindro di vetro e un anello di gomma) sul piatto per pompa pneumatica e montandovi  sopra una membrana di cellophan si vede che, estraendo l’aria, la membrana subisce una tensione tale da rompersi producendo un sonoro schiocco.
5-un’altra esperienza con la pompa a vuoto consiste nel mettere un recipiente d’acqua in sotto la campana, a temperatura ambiente l’acqua inizia a bollire;
questo esperimento è di fondamentale importanza poiché ci permette di verificare che la temperatura di ebollizione dipende dalla pressione esterna.

Baroscopio
    

 

 

 

 

 

Il baroscopio, inventato da Otto von Guericke (1602-1686), serve per la dimostrazione del Principio di Archimede applicato ai gas. Tale Principio afferma che un corpo immerso in un fluido riceve una spinta uguale al peso del fluido spostato, diretta secondo la verticale verso l’alto ed applicata al centro di gravità della massa di fluido spostata - il centro di spinta -
E’ costituito da una bilancia con giogo a bracci uguali, recante da un lato una sfera di polistirolo e dall’altro un contrappeso.
Ponendo l’apparecchio sotto la campana di una pompa pneumatica, e facendo il vuoto, si vede che la bilancia si inclina abbassandosi dalla parte della sfera di polistirolo. Nel vuoto quindi questa sfera pesa più del contrappeso. Nell’aria si raggiunge invece l’equilibrio fra i due pesi, in quanto la sfera di volume maggiore, sposta una maggiore quantità d’aria, e quindi subisce una maggiore spinta verso l’alto.
Questo significa che, pesando un corpo nell’aria, si ha il peso esatto solo se il volume del corpo è uguale a quello dei pesi numerati che gli fanno equilibrio. In caso diverso il peso ottenuto differisce da quello indicato dai pesi numerati per la differenza fra la spinta subita dal corpo e quella subita dai pesi numerati. Nelle pesate di precisione occorre quindi procedere alla correzione delle pesate

Manometro differenziale

Esso misura la differenza di pressione fra un determinato ambiente e l’atmosfera, la differenza di pressione è proporzionale al dislivello h del liquido fra i due rami.

 

 

 

 

Barometro a mercurio

Il barometro è lo strumento di misura per la pressione atmosferica. È usato per determinare l'altitudine di un luogo e nell'ambito della meteorologia per rilevare dati utili per le previsioni del tempo.

 

 

Radiometro di Crookes

Si tratta di un particolare tipo di radiometro, un dispositivo cioè che consente di misurare il flusso della radiazione elettromagnetica.
È costituito da un bulbo di vetro da cui l’aria è stata in gran parte tolta, per formare un vuoto parziale. Al suo interno è fissato un mulinello con diverse piastrine di metallo leggero poste in verticale, di solito quattro. Le piastrine sono lucidate a specchio o sbiancate da un lato, annerite dall’altro.

Sotto l’azione di un fascio di luce, sia solare sia artificiale, o di radiazioni infrarosse, il mulinello comincia a girare, fino a raggiungere circa i 3.000 giri al minuto, come se si stabilisse una maggior pressione nelle superfici annerite. Raffreddando lo strumento le piastrine ruotano nel senso opposto.
La misurazione del flusso della radiazione elettromagnetica è possibile esclusivamente effettuando misurazioni visive.

Quando una sorgente di energia radiante è diretta verso il radiometro, esso diventa una macchina termica, che converte l’energia termica in lavoro. In questo caso, le parti annerite delle piastrine diventano più calde delle altre lucide/sbiancate, a causa dell’assorbimento più veloce da parte dei corpi scuri dell’energia radiante. Le molecole di aria interne al bulbo, toccando le piastrine scure, più calde, aumentano la propria energia cinetica, causando uno spostamento delle piastrine stesse.
Le molecole sono raffreddate di nuovo quando toccano la superficie del bulbo, a temperatura ambiente. Ciò permette di mantenere una temperatura costante all’interno del bulbo, e quindi una differenza di temperatura tra le due facce delle piastrine. E’ importante che le due facce delle piastrine siano termicamente isolate tra loro (per esempio attraverso la vernice), e che sia presente una pressione dell’aria interna adeguata, non troppo bassa (non vi sarebbero molecole sufficienti per creare il movimento) non troppo alta (i due lati delle piastrine raggiungerebbero la parità di temperatura).
L’esatto meccanismo di rotazione delle piastrine (soprattutto per quanto riguarda il verso di rotazione) è tuttavia ancora oggetto di studio da parte dei fisici. Se è escluso che sia la spinta dei fotoni a causare il movimento, ipotesi inizialmente formulata da Crookes (la spinta di essi è infatti troppo bassa – quella dei fotoni solari, ad esempio, raggiunge solo i 9N/m2), restano ancora in studio quella formulata da Einstein, secondo la quale a provocare la rotazione sarebbe l’urto delle molecole che vengono spinte indietro successivamente al contatto con la superficie calda, con una spinta maggiore di quella ricevuta nel successivo scontro con quelle più fredde; e quella di Reynolds, che considera le piastrine come superfici porose, nelle quali è stata studiata la tendenza dei gas di passare dalla parte più fredda alla più calda, in determinate condizioni di pressione.
Fu ideato dal chimico inglese William Crookes nel 1873, a seguito di alcuni esperimenti di chimica. Pesando alcuni campioni in una camera in cui aveva creato un vuoto parziale per diminuire l’influenza delle correnti d’aria nelle misurazioni, notò che la luce del sole disturbava le misurazioni. A seguito dello studio di questo effetto creò il radiometro che porta il suo nome. La causa del moto delle palette accese il dibattito scientifico, che non può dirsi completamente terminato neppure oggi.

Le esperienze possibili includono, oltre all’esposizione a diversi tipi e intensità di radiazioni e alla successiva osservazione della variazione della velocità delle piastrine, il raffreddamento del radiometro o l’oscuramento successivamente all’illuminazione (la rotazione avverrà per il verso opposto).

Cassetta di Ingenhousz

La cassetta di Ingenhousz permette il confronto della conducibilità termica di sei sostanze diverse; l’apparecchio serve a chiarire sperimentalmente il concetto di conducibilità termica interna, nonché a dedurre la relativa legge di propagazione.
I diversi materiali possiedono un coefficiente di conducibilità termica che li contraddistingue si parla di buoni conduttori del calore per i materiali che possiedono un alto valore di conducibilità termica, di cattivi conduttori o isolanti per quei materiale che hanno bassa conducibilità termica.
il dispositivo illustrato serve ad evidenziare la diversa conducibilità di alcuni materiali: esso consiste in una cassetta metallica nella quale sono infilate delle sbarrette di diverso materiale ma aventi le stesse dimensioni. se si riempie la cassetta di acqua bollente, dopo aver rivestito le sbarrette di un sottile strato di paraffina, si nota che la paraffina fonde con velocità diversa a seconda della natura del materiale di cui le sbarrette sono fatte.

Apparecchio di Hope

Strumento usato per dimostrare che l'acqua a 4° C è più densa del ghiaccio,manifestando così una dilatazione termica "anomala". Esso è costituito da un cilindro dotato di un manicotto, sopra e sotto il quale sono introdotti due termometri, che segnano la stessa temperatura quando il cilindro è stato riempito d'acqua. Nel manicotto si immette un miscuglio frigorifero di ghiaccio e sale); l'acqua che si va raffreddando si porta in basso, e subito si nota l'abbassarsi del termometro inferiore, mentre quello superiore rimane quasi stazionario. L'abbassamento continua finché la temperatura inferiore avrà raggiunto + 4° C. Da questo momento in poi il termometro superiore discende rapidamente, avvicinandosi a zero, mentre l'ialtro resterà sui 4°, perché l'acqua a questa temperatura raggiunge il massimo peso specifico, e quindi non può essere sostituita da altra a più bassa temperatura.

Serie di 5 tubi capillari

Questo apparecchio serve a mettere in evidenza l'effetto della tensione superficiale, che è duplice: Per primo rende curva la superficie libera del liquido;inoltre produce all'interno del capillare un innalzamento od abbassamento del liquido, rispetto alla superficie esterna, a seconda che il liquido stesso bagni o no le pareti del tubo. La superficie libera nel capillare prende il nome di menisco (dal greco: piccola luna). La formazione di un menisco concavo (quando il liquido bagna il tubo) porta di conseguenza un innalzamento del liquido nel capillare; la formazione di un menisco convesso comporta un abbassamento.
Legge di Jurin: Il dislivello tra il liquido in un vaso normale e quello in un vaso capillare, comunicanti fra di loro, è inversamente proporzionale al diametro del capillare.
Il dislivello capillare (H) può essere espresso dalla relazione seguente: 

Dove:
τ - è una costante detta tensione superficiale, il cui valore dipende dalla natura del liquido (N/m);
ρ - è la densità del liquido (kg/m3);
r - raggio dei vasi capillari (m).
Il tubo di Torricelli

È costituito da un tubo di vetro chiuso a un'estremità riempito di mercurio allo stato liquido, posto in una vaschetta, anch'essa contenente mercurio, in modo creare un sistema di vasi comunicanti.
La scelta del mercurio è data dalla sua alta densità, che permette di lavorare a grandi pressioni con volumi relativamente piccoli.
L’esperimento Un tubo, lungo 1 m, della sezione di 1 cm2 e sigillato a un'estremità, viene riempito di mercurio e posto, con l'apertura verso il basso tenuta chiusa in modo che non entri aria, in una bacinella anch'essa piena di mercurio.
I risultati

Torricelli misurò l'altezza della colonna di mercurio, pari a 760 mm, e dedusse che il peso di questa colonna era antagonista ad una forza, generata da quella che oggi chiamiamo pressione atmosferica. Il mercurio contenuto nel tubo non è infatti soggetto alla pressione esterna, al contrario di quello nella vaschetta. Torricelli notò che il mercurio contenuto nel tubo si abbassava fino ad un certo punto. Infatti la pressione agiva solo sulla vaschetta e non nel tubo non essendovi aria dentro questo, e faceva ostacolo al mercurio nel tubo. Per ottenere il valore della pressione atmosferica in pascal sarà quindi sufficiente calcolare il valore della pressione della colonna di mercurio, di cui è nota l'altezza e la densità, applicando la legge di Stevino.
1,013.10
Da questo esperimento e dal suo inventore prende nome un'unità di misura della pressione, il Torr, chiamato anche millimetro di mercurio (mmHg dove Hg è il simbolo chimico del mercurio), in quanto indica la pressione generata da una colonna di mercurio alta 1 mm). La scelta del mercurio non è casuale: questo materiale, infatti, ha anche allo stato liquido una densità notevole, tale da poter eguagliare la pressione atmosferica con una colonna alta, appunto soltanto 76 cm; ripetendo lo stesso esperimento con dell'acqua, per esempio, sarebbe necessario un tubo lungo 10.33 metri.
Apparecchio per osservare la gittata degli zampilli

L'apparecchio permette divisualizzare le diverse gittate del liquido al variare dell'altezza delle aperture .

 

 

 

 

APPARECCHIO PER LA VERIFICA DELLE LEGGI DI BOYLE

 

 

 

 

 

 

L'apparecchio permette di verificare le leggi di Boyle dei gas.

ACUSTICA

Tubo di Quincke
 

Si tratta di un apparecchio con cui possono generarsi fenomeni di interferenza acustica. L’idea,partorita da Herschel,fu sviluppata dal fisico tedesco,vissuto a cavallo fra il IXX e il XX secolo,che realizzò lo strumento nel 1866, dandogli il proprio nome. Quincke si occupava anche di esperimenti relativi alla capillarità e alla riflessione da superfici metalliche. Un’ulteriore modifica al dispositivo venne apportata in seguito da Koenig, che si propose di visualizzarne gli effetti mediante l’uso delle fiamme manometriche e del risonatore.

Descrizione e funzionamento:
Un suono puro emesso da un diapason ad una certa frequenza entra in un tubo, che presenta una diramazione ad U, distribuendosi nella parte superiore e inferiore di tale diramazione. Una delle due parti è di lunghezza variabile, cioè il tubo che la costituisce può essere allungato ed accorciato (un po' come la coulisse del trombone). Le due diramazioni si ricongiungono poi in unico tubo di uscita.
Facendo variare la lunghezza della diramazione mobile si osserva che l’auricolare collocato dalla parte opposta rileva un'intensità sonora che presenta massimi e minimi.
Variando la differenza dei cammini percorsi le onde sonore nelle due diramazioni si sfasano. Di conseguenza: se tale differenza di cammini è uguale ad un multiplo della lunghezza d'onda del suono emesso, allora siamo in condizioni di interferenza costruttiva e i due suoni si rinforzano; se la differenza dei cammini è pari ad un multiplo dispari di una semi-lunghezza d'onda, l'interferenza è distruttiva e le due onde si cancellano producendo un minimo dell'intensità sonora (assenza di suono).
In alternativa le condizioni di interferenza costruttiva e distruttiva possono essere evidenziate tramite le capsule manometriche inventate da König,con fiammelle poste sia all’uscita dei singoli tubi che a quella comune. Tale sistema è capace di convertire la variazione di pressione sonora dell'aria nella variazione dell'altezza di una fiammella.

• In condizioni di interferenza costruttiva si nota un rinforzo dell'ampiezza della fiammella all'uscita comune;
• in condizioni di interferenza distruttiva l'ampiezza di tale fiammella diminuisce bruscamente, mentre le due fiammelle poste all'uscita dei singoli tubi modificano la loro ampiezza in modo alternato.

Nel caso in cui il suono non sia puro, ma contenga delle armoniche come per una canna d'organo, si possono eliminare l'armonica fondamentale o un'armonica qualsiasi producendo un'interferenza di diverso ordine variando opportunamente la differenza di cammino. Utilizzando due condotti separati, di ugual lunghezza e diametro, composti di parti ad innesto, è anche possibile raccogliere il suono in due punti differenti del medesimo corpo vibrante.
Applicazioni
L'apparato di Quincke permette di ricavare indirettamente, tramite misure di lunghezza e di intensità sonora:

• la lunghezza d'onda del suono emesso dal diapason: essa infatti si ottiene semplicemente misurando la lunghezza del ramo variabile che si è dovuto aggiungere per passare da una condizione di interferenza costruttiva (massima intensità sonora) ad una di interferenza distruttiva (minima intensità) e moltiplicando per due la misura ottenuta;
• la velocità di propagazione del suono in aria: la frequenza della nota emessa dal diapason è la stessa dell'onda di pressione che si propaga all'interno del tubo. Moltiplicando tale frequenza per la lunghezza d'onda misurata nel modo sopra descritto otterremo una stima della velocità del suono in aria;
• la velocità del suono in un gas qualunque: ciò si ottiene semplicemente modificando il tipo di gas contenuto nel tubo di Quincke.

Generatore di frequenze

Dispositivo in grado di generare frequenze  da 1-5-10-20-100 KHz.

 

 

 

Tubo di Kundt

Tubo di vetro nel quale scorre un pistone con disco di gomma per variare la lunghezza della colonna d’aria. Si utilizza per la produzione di onde stazionarie, i cui nodi e ventri vengono visualizzati mediante polvere di cellulosa o licopodio  ( posta al suo interno) e per determinare la velocità del suono in aria in condizioni di temperatura e di pressione ben determinate.
Come sorgente sonora possono essere usati diapason e tubi sonori. Tuttavia per un efficienza maggiore si utilizzano  generatori di frequenza che garantiscono intensità sonora elevata e costante ma anche la possibilità di misurare la frequenza con precisione.
Storia
Nel 1865 fu comunicato all'Accademia delle Scienze di Berlino che A. Kundt era riuscito a visualizzare, tramite figure di polvere e sabbia, le vibrazioni longitudinali di una colonna di gas contenuta in un tubo e quindi a misurarne la lunghezza dell'onda, dalla quale derivare la frequenza e la velocità di propagazione del suono.
    Per ottenere le figure si impiegava un tubo di vetro trasparente cosparso al suo interno con polvere (seme) di licopodio o sabbia fine. Il tubo doveva essere chiuso agli estremi con tappi, fissato orizzontalmente tramite una morsa posta al centro, o in due punti equidistanti dagli estremi un quarto della sua lunghezza.
    Così disposto, si faceva suonare il tubo sfregandolo con un panno bagnato (o imbevuto di pece greca): la polvere si raccoglieva in cumuli, piccole pieghe, zone anulari vuote orlate da pieghe, una varietà di figure influenzata dalla frequenza e dall'intensità del suono, nonché dalla vibrazione propria del vetro. Nei nodi si osservano sempre o cumuli o zone vuote orlate e fra di essi o una serie di pieghe o nulla.

Oscilloscopio                             

L'oscilloscopio è uno strumento di misura elettronico che consente di visualizzare, su un grafico bidimensionale, l'andamento temporale dei segnali elettrici e di misurare abbastanza semplicemente tensioni, correnti, potenze ed energie elettriche. L'asse orizzontale del grafico solitamente rappresenta il tempo, rendendo l'oscilloscopio adatto ad analizzare grandezze periodiche. L'asse verticale rappresenta la tensione.
La frequenza massima dei segnali visualizzabili, così come la risoluzione temporale, ovvero la più rapida variazione rilevabile, dipende dalla banda passante dello strumento, a sua volta dipendente dalla qualità e in ultima analisi dal costo. Si spazia dalle decine di megahertz adatti per lavorare con segnali audio e televisivi, ai costosi modelli digitali da diversi gigahertz.
Il monocordo

Il kanòn/monocordo è costituito da una cassa di risonanza a forma di parallelepipedo su cui è tesa una corda di budello o di metallo. La corda non giace sul piano della cassa (detto tavola armonica), ma è tenuta sollevata mediante due cavalletti, fissati sui lati più brevi del parallelepipedo e da un ponticello, che invece è libero di scorrere fra un cavalletto e l'altro. Il ponticello divide la corda in due porzioni che
 possono vibrare l'una indipendentemente dall'altra.
Storia:
La scuola pitagorica fu la prima a cercare una relazione tra fisica del suono, numero ed implicazione simbolica dello stesso. Per ottenere una "giustificazione" teorica alla maggiore o minore "gradevolezza" (consonanza) dei suoni, i pitagorici si servirono del monocordo. Ascoltando il suono prodotto, ci si accorse che si otteneva un suono consonante solo quando, dal rapporto tra le misure delle due parti, risultava una frazione costituita da due numeri interi piccoli. Fu così che, ponendo in relazione i numero dall’1 al 4 (considerati i soli numeri possibili in quanto la loro somma corrisponde al numero perfetto per eccellenza, il 10, la tetraktys, dai pitagorici eletta a "fondamento dell'immortalità") Pitagora credette di ottenere tutte le consonanze: la 4ª (espressa dal rapporto 4:3), la 5ª (3:2), l’8ª (2:1) e la 15ª (4:1). La bellezza delle relazioni tra i suoni veniva così “legittimata” dalla natura stessa, e il Numero si ergeva a simbolo supremo di questo miracolo.
Impiego:
Tale strumento fu usato per tutto il Basso Medioevo per l’insegnamento della musica e per accompagnare il canto. Il passo successivo fu l’aggiunta di un primitivo sistema di tasti che derivava da quello dell’organo diffuso in Occidente tra l’800 ed il 1200 d.C.

 Metronomo

Il metronomo è uno strumento usato in musica che serve per misurare il tempo o la scansione ritmica.
Nel 1696 Etienne Loulié mise a punto il primo metronomo graduato, costituito da un peso fissato a un filo lungo due metri e dai battiti muti. Inventato ad Amsterdam nel 1812 dall'l’orologiaio olandese Dietrich Nikolaus Winkel, il metronomo tradizionale a pulsazione udibile fu perfezionato e brevettato nel 1816 dall'austriaco Johann Nepomuk Maelzel.
Esso si basa sulla terza legge dell'oscillazione pendolare: è infatti costituito da una sorta di pendolo capovolto, con un'asta graduata fra le frequenze 40 e 208 al minuto primo ed un peso, detto lente, che possiamo spostare lungo quest'asta selezionando le pulsazioni per minuto (indicate come MM - acronimo di Metronomo Mälzel - o la sigla di derivazione anglosassone bpm, ovvero battiti per minuto)

Fischio di Galton

Sorgente intensa di suoni ad alta frequenza (fino agli ultrasuoni). La frequenza è regolabile con continuità mediante una vite micrometrica (curva di taratura annessa ad ogni apparecchio). Sostegno a forchetta con ugello di alimentazione dell’aria e tubo per il fissaggio ad un’asta di sostegno.

 

Modello di sirena per fabbriche (Galileo)

Sorgente di suoni regolabile con contagiri. Alimentato tramite la pressione dell’aria che passa attraverso delle fessure opportunamente sfalsate.

 

 

 

 

 

 

Serie di 4 pendoli

Questo strumento, è costituito  da tre pendoli a sfera di legno  appesi, l’uno dentro l’altro a uno stesso listello di legno,
con sospensioni di diversa lunghezza, e da un pendolo a sfera d’acciaio, anch’esso agganciato al regolo, tramite una sospensione bifilare.

 Applicazioni  

Lo strumento consente lo studio sia delle oscillazioni in funzione della lunghezza del pendolo, dell’ampiezza e della massa del corpo pendolare, sia la dimostrazione di semplici fenomeni di risonanza meccanica. Mediante lo studio di un sistema più semplice, si può fare un esempio di queste applicazioni. Prendiamo in considerazione due soli pendoli di uguale lunghezza. In questo caso, poiché il moto si ripete nello stesso modo per entrambi i pendoli, per semplicità, se ne può visualizzare uno solo. Di questo sistema si possono registrare le frequenze dei due modi normali, facendo partire i due pendoli in fase o in opposizione di fase tra loro. A  prima vista, le due frequenze di oscillazione sono indistinguibili, ma la loro differenza può essere determinata visualizzando i loro valori con un v-scope. Dopo aver preso nota di questi dati, si imprime un’oscillazione a un solo pendolo, eccitando così una combinazione dei due modi normali. Il risultato sarà una sinusoide di piccolo periodo modulata da un’altra di periodo più grande. Dal grafico si possono stimare i due periodi e da questi ricavare le frequenze: se si confrontano con quelle calcolate a partire dalle frequenze dei modi propri, si può vedere che sono completamente in accordo. Se osserviamo il moto dei pendoli partendo da diverse condizioni iniziali, è possibile osservare che c’è stato un trasferimento di energia da un pendolo all’altro. Queste proprietà di risonanza sono evidenziabili utilizzando pendoli di diversa lunghezza. Per esempio: è significativo notare come, se si mette in oscillazione un pendolo di lunghezza intermedia tra altri due,il più lungo ( frequenza propria minore della frequenza eccitante) oscillerà in opposizione di fase con il centrale, mentre il più corto (frequenza propria maggiore dell’eccitante) oscillerà sostanzialmente in fase.

Molla a spirale e molla elicoidale

Molla a spirale: in acciaio armonico lunga 4m, per la produzione di onde trasversali, progressive, stazionarie, polarizzate linearmente o circolarmente, di oscillazioni fondamentali e di armoniche.

Molla elicoidale: in bandella piatta di materiale plastico con spire di diametro cm 7 può essere estesa fino a circa tre metri. E’ adatta alla produzione di onde longitudinali.

Apparecchio di torsione per lo studio delle onde

    

Complessivamente lo strumento è alto ca 1 m. È formato da 30 pendoli doppi, allineati, uguali ed equidistanti di lunghezza ca 15 cm fissati perpendicolarmente a un nastro di torsione posto in verticale. Grazie alla catena di sferette a cui è appeso il nastro di torsione, non viene trasmessa nessuna forza di richiamo o quasi. Il nastro ha una tensione regolabile che può anche essere differenziata fra la prima e la seconda metà.  I pendoli sono disposti fra due pannelli neri di legno; la funzione di questi consiste nel proteggere i pendoli quando lo strumento viene riposto, fermarli fra un esperienza e l’altra e fare contrasto con il loro colore bianco evidenziandone il movimento.                   L'eccitazione delle oscillazione si effettua a mano oppure con un eccentrico azionato da un motore.

Funzione:

Dimostrare la propagazione, la riflessione, la rifrazione e la sovrapposizione di onde trasversali.
Le masse dei pendoli sono spostabili per variare il momento d'inerzia. Il momento d’inerzia è inoltre collegato al grado di tensione del nastro di torsione: maggiore è la tensione del nastro, minore è il momento d’inerzia.

Il momento di inerzia è una grandezza fisica utile per descrivere il comportamento dinamico dei corpi in rotazione attorno ad un asse. Tale grandezza tiene conto di come è distribuita la massa del corpo attorno all'asse di rotazione e dà una misura dell' inerzia del corpo rispetto alle variazioni del suo stato di moto rotatorio. In base al secondo principio della dinamica, una massa è uguale al rapporto tra la forza a cui è sottoposta e l’accelerazione che acquista; quindi, la massa indica un’inerzia alle accelerazioni. Il momento d’inerzia rispetto ad un asse “s”, attorno a cui ruota un corpo, è uguale al rapporto tra il momento delle forze relativo a “s” e l’accelerazione angolare acquisita; dunque, il momento d’inerzia del corpo rappresenta una resistenza alle accelerazioni angolari.

Con questo sistema si studia la propagazione delle onde. Perturbando uno dei pendoli si propaga un’oscillazione torsionale su tutto il sistema. Ciò avviene grazie alla natura elastica del nastro di torsione che permette il diffondersi del moto da un pendolo all’altro. La velocità di propagazione degli impulsi nell’ apparecchio di torsione per lo studio delle onde si determina misurando distanze e tempi, e osservando soprattutto le onde stazionarie.
Le onde stazionarie sono la somma di due onde della stessa frequenza in fase fra loro. Se l’onda percorrendo la lunghezza del filo di torsione riesce a compiere un numero intero di oscillazioni, torna indietro percorrendo la stessa traiettoria, dando un’interferenza positiva con se stessa e creando a questo modo un’onda stazionaria. Qualunque altra onda che non riesce a compiere un numero intero di oscillazioni torna indietro per un’altra traiettoria annullandosi.
Applicazioni:
Questo concetto trova applicazione nella fisica acustica, nella trasmissione e recezione di onde radio e nelle proprietà ondulatorie della luce: Pizzicando una corda non si emette soltanto un suono corrispondente alla lunghezza del filo, ma anche una serie di armonici, ossia onde con frequenze multiple di quella fondamentale. Spostando il cursore per la selezione dei canali radio non si fa altro che selezionare la lunghezza d’onda corrispondente a un dato canale annullando tutte le altre per il fenomeno dell’interferenza. Due onde luminose con la stessa frequenza possono sommare la loro intensità se in fase o sottrarsi annullandosi a vicenda quando si trovano in opposizione di fase venendo a formare le frange d’interferenza. Questo vale anche per le onde sonore: se due strumenti emettono una stessa nota all’unisono non essendo perfettamente intonati (leggera differenza di frequenza), inizialmente non si noterà alcuna differenza, ma dopo pochi istanti si avvertirà come una leggera vibrazione: in quel momento le 2 onde sonore sono infatti in opposizione di fase e dunque si annullano per un microsecondo. Questo fenomeno in musica è chiamato battimento.  La similitudine di comportamento tra onde sonore e luminose è una delle ragioni che hanno portato ad affermare che la luce, come il suono, ha un comportamento ondulatorio.

 

 

OTTICA

Specchi concavo e convesso

 

Questo strumento è composto da una cornice sulla  quale sono montati due specchi, l’uno concavo ,l’altro convesso;la cornice è sostenuta da un piedistallo. Con “C” si indica il centro di curvatura dello specchio e con “r” il suo raggio. L’asse di simmetria perpendicolare alla sua dimensione principale è detto asse ottico principale.
Questo è uno strumento importante nelle applicazioni delle leggi della riflessione.

 

 

Applicazioni
Nel trattare gli specchi sferici, dobbiamo innanzitutto fare un'approssimazione, dovuta al fatto che i raggi provenienti da un’unica sorgente, riflessi dalla superficie (interna o esterna) di una sfera non si incontrano tutti in uno stesso punto immagine. Perciò lo specchio deve avere una piccola apertura angolare;i raggi luminosi devono provenire il più parallelamente possibile all’asse ottico;i fasci dei raggi devono essere poco estesi. In caso contrario avremo un’aberrazione sferica,ovvero l’immagine sarà meno nitida e precisa. Per determinare la posizione dell'immagine di un oggetto in uno specchio sferico concavo, consideriamo due raggi particolari: il raggio che dall'oggetto incontra lo specchio nel punto V dove questo interseca l'asse ottico; in questo punto la perpendicolare allo specchio è proprio l'asse ottico, quindi il raggio viene riflesso dalla parte opposta dell'asse, formando con questo un angolo uguale all'angolo di incidenza; il raggio che passa per il centro C dello specchio, e quindi incontra la superficie dello specchio perpendicolarmente, venendo riflesso lungo la stessa direzione. Il punto di incontro di questi due raggi, o dei loro prolungamenti, è il punto immagine.

Le caratteristiche dell’immagine in uno specchio sferico concavo, dipendono dalla posizione della sorgente. In particolare ci sono cinque casi possibili: se si trova tra il vertice e il fuoco,l’immagine è virtuale,diritta e ingrandita;se è nel fuoco,l’immagine non si forma;se è tra il fuoco e il centro,sarà reale,capovolta e ingrandita l’immagine ottenuta;situata nel centro di curvatura,è reale capovolta e delle stesse dimensioni;infine posta oltre il centro di curvatura l’immagine è reale,capovolta e rimpicciolita.
In uno specchio sferico convesso,come per lo specchio concavo, per determinare la posizione del punto immagine si tracciano i due raggi particolari: il raggio che dall'oggetto incontra lo specchio nel punto V dove questo interseca l'asse ottico; il raggio che passa per il centro C dello specchio, incontra la superficie dello specchio perpendicolarmente e viene riflesso lungo la stessa direzione; l'intersezione del prolungamento dei raggi è la posizione del punto immagine.
 L’immagine che si formerà sarà sempre virtuale,diritta,rimpicciolita e posta tra il vertice e il fuoco dello specchio.

 

 

 

 

Macchina fotografica Polaroid

Ogni macchina fotografica è costituita sostanzialmente da una camera oscura, con un'apertura ad un'estremità che permette alla luce di entrare e all’altra estremità da una superficie apposita per catturare le immagini visualizzate. L’apertura determina la quantità di luce che entra nella camera oscura durante lo scatto ed è controllata da un meccanismo chiamato diaframma. Questo sistema fa variare il diametro del foro da cui entra la luce. Oltre a ciò, deve essere anche regolato il tempo di apertura del diaframma durante la quale la luce colpisce la superficie di registrazione, questa funzione è svolta dall’otturatore. Il diaframma e l’otturatore vengono utilizzati per determinare la giusta esposizione. La seconda estremità della camera è costituita da una pellicola fotografica o da un sensore nel caso di una macchina fotografica digitale.
La polaroid sfrutta un procedimento esclusivo di sviluppo istantaneo dell’immagine. Questo procedimento fu messo a punto negli anni quaranta dall’inventore statunitense Edwin Land: egli creò una speciale pellicola che riuniva su uno stesso supporto l’emulsione fotografica e gli agenti chimici responsabili dello sviluppo. Questo procedimento istantaneo si basa sull’utilizzo di una carta negativa su cui è depositata un’emulsione di sali d’argento, e di un foglio positivo che contiene agenti chimici necessari per lo sviluppo, sotto forma di capsule  microscopiche. Dopo lo scatto i due fogli vengono uniti e schiacciati tra due piccoli rulli. Questo fa si che si liberino dei reagenti chimici presenti nel foglio positivo. Dopo circa 30 secondi il foglio positivo può essere staccato da quello negativo e si ha la fotografia stampata.

Spettroscopio

Etimologia. Il termine Spettroscopio è una voce ibrida dal latino Spectrum, cioè ”immagine” e Scopium da greco Skopeo, cioè osservo, esamino. E’ lo strumento utilizzato per osservare i raggi di uno spettro luminoso.

Lo spettroscopio è uno strumento utilizzato in chimica e fisica per analizzare la radiazione elettromagnetica emessa da una sorgente. In specifico serve ad analizzare la luce emessa dalle sorgenti luminose sfruttando il fatto che la luce ha indice di rifrazione che varia con il colore. Può essere a prisma, se utilizza un prisma ottico, o a reticolo, se viene utilizzato un reticolo di diffrazione. Il potere risolutivo dello strumento è dato dal rapporto:
, dove λ è la lunghezza d’onda  e dλ è la differenza fra le due più vicine lunghezze d’onda che si riescono a individuare.

Componenti e funzionamento:
Lo spettroscopio è formato da 5 componenti fondamentali:

• un collimatore
• un cannocchiale
• un piattino
• una piattaforma
• due noni

Il Collimatore è un tubo metallico fisso al cui interno sono posizionate in maniere opportuna lenti convergenti. E’ possibile regolarlo in altezza e inclinarlo mediante viti e, da un lato, termina con una fessura di larghezza regolabile. L’altro lato invece si affaccia sul piattino dove è posizionato il reticolo o il prisma. Anche questa seconda componente è regolabile in inclinazione mediante due viti e in altezza accorciando o allungando l’asta che lo sorregge (è inoltre libero di ruotare). Sotto l’sta che sorregge il piattino si trova un goniometro con i due noni. Il cannocchiale è simile al collimatore, ma è libero di ruotare ed è provvisto di oculare per individuare il raggio deviato. Il cannocchiale può essere fissato con delle vite perché risulti essere più stabile ai movimenti
accidentali e può essere regolato mediante una manopola.
L’occhio distingue le lunghezze d’onda della luce tramite il colore. Il meccanismo psico-fisico della visione non permette di distinguere le singole radiazioni che compongono lunghezze d’onda diverse che giungono sommate insieme sulla retina: la sensazione è quella di un solo colore risultante. In natura abbiamo una spontanea separazione della luce nelle varie in componenti di lunghezza d’onda in fenomeni come ad esempio l’arcobaleno. Artificialmente invece questa separazione (tecnicamente definita dispersione) si ottiene con un mezzo chiamato dispersore, che è per lo più un prisma di vetro o un reticolo.
Generalmente le immagini monocromatiche non sono ben separate l’una dall’altra con il semplice uso di un prisma o di un reticolo. Per poter separare lunghezze d’onda molto vicine tra loro si deve ricorrere ad opportuni accorgimenti che vengono realizzati con lo spettroscopio (se serve solo per guardare lo spettro ad occhio) o lo spettrografo (se serve per fotografare lo spettro). In questi strumenti la condizione essenziale per ottenere un elevato potere risolutivo è la presenza di una stretta fenditura d’ingresso che isola uno stretto fascio della luce da esaminarsi: le righe spettrali non sono altro che altrettante immagini monocromatiche della fenditura.
La parte principale dello spettroscopio è il dispersore, che può essere sia a prisma che a reticolo. Entrambe le alternative presentano alcuni vantaggi e alcuni svantaggi che vanno valutati in base alla funzione a cui lo strumento è destinato. Occorre inoltre una lente che raccolga i fasci di luce dispersa e formi le immagini monocromatiche sul piano della lastra fotografica.

Spettroscopio a visione diretta

Lo strumento permette di visualizzare lo spettro sia continuo che a bande qualitativamente.

 

 

Cavalletto treppiede per macchina fotografica

Flash per macchina fotografica

Il flash o lampeggiatore è un apparecchio in grado di emettere lampi di luce per un breve lasso di tempo, in sincronia con il periodo di apertura dell'otturatore di una macchina fotografica. Originariamente il flash era costituito da una torcia sulla quale era posta polvere di magnesio cui veniva dato fuoco per generare il lampo luminoso. Attualmente impiega essenzialmente una lampada allo xeno. Attualmente in commercio è possibile trovare flash elettronici di varia potenza e con molteplici funzioni, spesso regolate da centraline computerizzate, in grado di garantire la perfetta illuminazione in ogni campo della ripresa fotografica.
Lampade per illuminazione

Lampade per illuminazione con porta lampada.

Proiettore diottrico.

Lampade per esperimenti di ottica a 6 volt, a filamento lineare.

Serie di apparecchi Prado

Proiettori sperimentali PRADO UNIVERSAL  e PRADOVIT COLOR si presta sia per la proiezione di diapositive di piccolo formato, sia per la proiezione di fenomeni fisici, chimici e biologici.

 

CARTER su basamento regolabile in altezza , con sistema di illuminazione estraibile, ventilatore a due velocità,  è corredato d’un dispositivo ad innesto per l’applicazione di strumenti per la proiezione orizzontale.

 Questo addizionale è necessario per l’esecuzione di molte esperienze, giacché permette di disporre di oggetti da proiettare su una piastra di montaggio  inserita orizzontalmente.

 

 

Ondoscopio

L’ondoscopio è uno strumento utile per lo studio delle onde e dei fenomeni ad esse connessi (riflessione, rifrazione, diffrazione e interferenza) mediante la visualizzazione di onde superficiali sull’acqua.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Descrizione dello strumento
L’ondoscopio è formato da una bacinella con fondo trasparente contenente uno strato sottile di acqua ( non più di 2 cm)  e da un alimentatore che produce un getto di aria che si trasferisce, mediante diversi tipi di eccitatori posti a pelo dell’acqua, alla superficie dell’acqua stessa. Una sorgente di luce illumina dall’alto lo strato di acqua. Collocando sotto la vaschetta un foglio bianco è possibile visualizzare su di questo le onde prodotte, come immagini formate da zone più chiare e zone più scure. Le onde sull’acqua, infatti, fanno si che questa si comporti come una lente, convergente in corrispondenza di una cresta e divergente nella gola dell’onda. Di conseguenza la luce si concentra in corrispondenza della cresta ( parti più scure) e si dirada lungo la gola ( parti più chiare).
Formazione di onde circolari e piane
A seconda del tipo di eccitatore utilizzato possono essere create onde circolari o onde piane: per le prime dovrà essere usato un eccitato a punta, per le seconde un percussore a sbarretta. Le onde si propagano radialmente: la direzione di propagazione è perpendicolare ai fronti d’onda.
L’avanzamento dei fronti d’onda esprime la velocità di propagazione dell’onda e la distanza tra un fronte d’onda e il successivo indica la lunghezza d’onda.

Riflessione

Si può osservare il fenomeno della riflessione collocando nella vaschetta dello strumento una barretta metallica, inclinata, ad esempio di 45° rispetto alle sue pareti e posta di fronte all’eccitatore che crea onde piane. I fronti d’onda arrivando alla striscia metallica sono riflessi e modificano di 90° la loro direzione.
 Le direzioni dell’onda incidente e di quella riflessa formano con la perpendicolare alla barretta angoli uguali ( in accordo con le leggi della riflessione).

Rifrazione di un’onda piana sopra una superficie di separazione piana

Collocando una lastra piana sul fondo della vaschetta, in modo che il gradino che si forma sia parallelo all’eccitatore, si osserva che, passando da una zona di acqua più profonda ad una meno profonda, i fronti d’onda si avvicinano modificando la lunghezza d’onda. Se invece l’onda lineare incide obliquamente sulla linea di separazione di una zona di acqua più profonda e una zona di acqua meno profonda i fronti dell’onda rifratta formano , con la linea di separazione, un angolo diverso rispetto a quelli dell’onda incidente.
Diffrazione

Utilizzando uno schermo munito di una fenditura o creando una piccola apertura tra due barrette metalliche è possibile osservare il fenomeno della diffrazione: se un’onda piana è bloccata da uno schermo dotato di un foro di dimensioni paragonabili alla sua lunghezza d’onda , l’onda che si crea al di là del foro assume una forma sferica, come se fosse stata creata da una sorgente puntiforme posta nella stessa apertura. La geometria dell’onda diffratta muta al diminuire o all’aumentare della larghezza della fenditura: se l’apertura è notevolmente più grande della lunghezza d’onda dell’onda incidente , il fronte d’onda diffratto è ancora di forma all’incirca rettilinea.
Interferenza
Si può osservare il fenomeno dell’interferenza con la sovrapposizione delle onde emesse da due sorgenti puntiformi sulla superficie dell’acqua. L’immagine stazionaria dell’interferenza di due onde circolari consiste in un sistema di iperboli confocali , la cui posizione nello spazio riamane invariata nel tempo. I fuochi coincidono con i centri di eccitazione. La figura di interferenza è caratterizzata da alcune linee grigie dette linee nodali dove l'acqua sembra immobile.Le linee nodali sono i punti in cui le due onde si incontrano in opposizione di fase e interferiscono in modo distruttivo, cioè si annullano una con l'altra.
Stroboscopio

Strumento che permette di osservare e studiare un oggetto in un moto, che può essere rotatorio o oscillatorio, come se fosse fermo, nonché misurarne la velocità.

 

 

Microscopio

Il microscopio (dal Greco: μικρόν (micron) piccolo e σκοπεῖν (skopein) guardare) è uno strumento che consente di risolvere e ingrandire oggetti di piccole dimensioni per permetterne l'osservazione diretta o indiretta tramite fotografia e sistemi elettronici. Può essere ottico, e quindi basato sull'osservazione nell'ambito dello spettro elettromagnetico della luce in senso lato, elettronico basato sull'osservazione tramite fasci di elettroni, o di altro tipo.

 

 

Macchina di Wimshurst

 

 

La macchina fu inventata da James Wimshurst (1832-1903) nel 1880. Si tratta di un apparecchio in grado di separare cariche e produrre una scarica elettrica tra due sfere metalliche, fenomeno simile a quello che porta alla formazione dei fulmini.

La macchina di Wimshurst è composta da due dischi isolanti che ruotano su due piani paralleli in direzione opposta. Sui due dischi isolanti sono presenti segmenti metallici in numero pari in modo che diametralmente si corrispondano due a due. Sono inoltre presenti in posizione obliqua due barre dette barre neutralizzatici. Queste barre terminano alle due estremità con delle spazzole di materiale conduttore e collegano due segmenti in posizione diametralmente opposta appartenenti allo stesso disco. Una delle due barre collega settori opposti del disco anteriore mentre l’altra due del disco posteriore. Le due barre sono inclinate rispetto al piano di appoggio di un angolo variabile uno supplementare all’altro. Rispetto al piano di appoggio sono inoltre presenti due spazzole che toccano due punti diametralmente opposti di uno dei due dischi, quello anteriore. Queste due spazzole sono collegate a due sferette metalliche su cui si va a disporre la carica. Inoltre tra le due sfere e le spazzole in genere è presente un condensatore formato da superfici metalliche, cilindriche e concentriche isolate tra di loro. Questi condensatori prendono il nome di bottiglie di Leida. I due dischi sono collegati a una manovella in modo che essi ruotino in senso opposto. La direzione di rotazione della manovella non è casuale, in un senso portano al caricamento nell’altro allo scaricamento delle sfere

Funzionamento

Partendo da una macchina scarica, girando la manovella per sfregamento tra le diverse spazzole e i vari segmenti si hanno degli squilibri di carica. Continuando a girare questi squilibri portano la macchina in una situazione di equilibrio dinamico, equilibrio che poi determina la separazione delle cariche vera e propria.

Considerando il disco anteriore,in rotazione, si può dividere in sei zone :

Nella prima zona arrivano in direzione oraria segmenti di alluminio carichi negativamente che toccano la spazzola collegata a una delle due sfere. Il rispettivo segmento del disco posteriore è carico negativamente e tende quindi a scaricare nella sfera le cariche negative e a trattenere quelle positive.

Nella seconda zona arrivano segmenti neutri o comunque con una carica negativa minore, essendosi parzialmente o totalmente scaricati. Sui segmenti scarichi viene indotto da parte dei segmenti del disco parallelo un carica positiva sulla parte interna della macchina e una carica negativa su quella esterna.

Nella terza zona i segmenti del disco anteriore presentano una distribuzione di carica non uniforme a causa dell’induzione. Il segmento viene toccato da una spazzola sulla parte esterna dove è presente la carica negativa che tende a allontanarsi attraverso la barra neutralizzatrice. I segmenti quindi avendo perso la loro carica negativa risultano carichi positivamente.

Nella quarta zona, essendo i segmenti della ruota anteriore carichi positivamente,sono questi ad indurre quelli posteriori. Infatti le cariche negative inducono sui segmenti posteriori una carica negativa sulla parte interna e una positiva su quella esterna.

Il processo di induzione della zona 4 continua e quando i segmenti toccano la barra neutralizzatrice le cariche positive si allontanano. l segmenti posteriori che inizialmente erano carichi positivamente si caricano questa volta negativamente. I segmenti del disco posteriore inducono quelle del disco anteriore che sono carichi positivamente. I segmenti toccando l’altra spazzola, lasciano la loro carica positiva alla sfera e si scaricano parzialmente. Nuovamente questo processo di scarica è ampliato grazie all’induzione dovuta al segmento positivo delle disco posteriore.

Se ora si considera l’intero disco si può applicare il ragionamento appena esposto anche alla metà della sfera. Continuando a ruotare ad un certo punto si raggiunge un punto critico per cui le sfere non si caricano ulteriormente perché le cariche tendono a disperdersi sotto forma di scintille nell’aria.Se le sfere cariche sono sufficientemente cariche e sufficientemente vicine si crea un fulmine tra di esse.

 

 

Bottiglia di Leyda

La bottiglia di Leyda è uno strumento con il quale furono condotti molti dei primi esperimenti sull’elettricità, il cui funzionamento fu scoperto quasi simultaneamente da Ewald Georg von Kleist (1707-1748), decano della cattedrale di Camin in Pomerania nell’ottobre 1745, e nel gennaio 1746  da Pieter van Musschenbroek (1692-1761), professore dell’università olandese di Leyda, da cui prende il nome, durante alcuni tentativi di elettrizzare liquidi all’interno di bottiglie di vetro.

Si tratta infatti di una bottiglia (o un cilindro chiuso inferiormente) di vetro rivestito interiormente e esternamente, fino ad una certa altezza, di un sottile strato di metallo (stagno, carta stagnola). Le due lamine rappresentano le armature e il complesso costituisce un condensatore elettrico, nella forma più antica mai creata. Lo strato interno è messo in contatto, per mezzo di un filo o di una bacchetta conduttori (ad esempio di ottone) che termina all’esterno con un uncino o una sferetta, con una macchina elettrostatica, mentre quello esterno è collegato a terra, ad esempio tenendolo in mano. A questo punto le armature interna ed esterna si caricano di segno opposto e di conseguenza si attirano e equilibrano. Se per mezzo di un arco scaricatore mettiamo a contatto le due parti metalliche, ad esempio se col dito tocchiamo l’asticella o il filo attaccato alla macchina elettrostatica, come accadde nel caso degli esperimenti di von Kleist e di Von Musschenbroek, si ha una scarica elettrica, la cui intensità dipende dalla superficie delle armature e dalla costante dielettrica dell’isolante interposto, in questo caso del vetro che funge da dielettrico.

Per mezzo di lamine metalliche estraibili è possibile dimostrare che le cariche che causano la scarica elettrica non sono disposte sulle armature ma sulle superfici interna ed esterna del dielettrico, cioè del vetro; infatti se sfilo le lamine, le pongo in contatto tra loro e quindi le reinserisco al loro posto nella bottiglia, si ha ugualmente la scarica in quanto le cariche di segno opposto, attirandosi, tendono a disporsi sulle due facce del dielettrico. Le armature metalliche non hanno quindi altra funzione che quella di permettere alle cariche elettriche di distribuirsi sulla superficie del dielettrico con la quale sono a contatto.

Per ottenere una maggiore quantità di carica elettrica, Daniel Gralath fu il primo a pensare di riunire più dispositivi in, come si dice, parallelo, realizzando un’unica batteria, la cui capacità elettrica è pari alla somma delle capacità delle singole bottiglie (ciascuna in contatto con le altre sia per quanto riguarda le armature interne che quelle esterne) di cui è formata.

Conduttore cilindrico

 

di ottone cromato con estremità arrotondate e pendolini per esperimenti sull’elettrizzazione per contatto, per induzione elettrostatica, sul potenziale e sulla densità di carica di conduttori e isolanti.

 

Elettroscopio

 

 

Il funzionamento di questo strumento si basa su una delle proprietà fondamentali dell’elettrostatica: corpi dotati di carica elettrica dello stesso segno si respingono.

L’elettroscopio o elettrometro è costituito da due conduttori metallici sospesi per mezzo di un sostegno in un involucro di vetro o di altro materiale isolante.

I conduttori, che spesso sono due sottilissime lamine d’oro, sono collegati elettricamente ad un terzo conduttore posto all’esterno dell’involucro; quando il conduttore esterno viene posto a contatto con un corpo carico, sulle due lamine interne si distribuisce una carica dello stesso segno e quindi queste si allontanano.

Misurando la distanza indotta fra i due conduttori è possibile risalire alla quantità di carica portata dal corpo elettrizzato.

Esso è in grado di dirci con molta precisione se l’oggetto in esame è carico oppure no,ma non ci fornisce nessuna indicazione sul segno della carica che esso possiede.

 

Storia

Ci sono vari elettroscopi primitivi. Pendolini elettrici

(formati essenzialmente da una pallina di sambuco appesa ad un filo di cotone).

La pallina di sambuco è attratta da un corpo elettrizzato, ma, appena lo tocca, si carica elettricamente con lo stesso segno e viene respinta.

 

Se invece, nell’elettroscopio a lamine d’oro si tocca, con un corpo elettrizzato, la sferetta metallica alla sommità dello strumento, le due foglie( collegate alla sferetta da un’asta metallica) si caricano dello stesso segno e, di conseguenza, si respingono.

 

Alla fine del 1700, Alessandro Volta sviluppò una serie di accurate modifiche ai modelli di elettroscopio precedenti:

Cambiò la forma del contenitore introducendo contenitori a sezione rettangolare per facilitare e render più precisa la lettura dell’angolo di divaricazione tra i due conduttori metallici.

Schermò il contenitore per evitare influenze esterne e provvide a tarare reciprocamente elettroscopi di diversa sensibilità.

 

Elettroscopio di Wulf

 

 

 

Strumento per misure sensibili negli esperimenti di elettrostatica, per la misura di correnti debolissime con equipaggio di ricambio in apposita bussola di trasporto.

 

 

Utilizzato anche per osservare qualitativamente l’effetto fotoelettrico su piastra di alluminio, con luce ultravioletta incidente.

 

Galvanometro didattico a specchio.

 

 

 

Strumento che traduce una corrente in una torsione meccanica.

 Lo strumento è composto da una livella a bolla d'aria e da un piede di sostegno di regolazione a vite; inoltre vi può essere collegato un regolatore di sensibilità che permette di regolare la resistenza esterna. Un filo appeso dentro un cilindro chiuso (per non essere disturbato dalle correnti d'aria) regge un sistema astatico, formato da due aghi magnetici uniti parallelamente e con i poli contrapposti, in modo da non essere influenzati dal campo magnetico terrestre. Uno specchietto é posto a mezza altezza del filo. La corrente che si deve misurare passa tra i due magneti, facendoli ruotare nello stesso verso. Dall'angolo di rotazione, amplificato dallo specchietto, si risale alla intensità della corrente.

 

Storia

Il Galvanometro prende il suo nome da Luigi Galvani, che effettuò diversi esperimenti sulla trasmissione dell'impulso elettrico nel corpo animale (collegando a un circuito elettrico i nervi di alcune rane che, a contatto con determinati metalli, reagivano con impulsi motori diversi.) L'apparecchio fu utilizzato da Thomson per molti dei suoi esperimenti e successivamente modificato e raffinato sia dal punto di vista dei materiali impiegati, sia dalla differenziazione funzionale e meccanica dello strumento stesso.

 

Applicazioni

Il Galvanometro didattico a specchio viene impiegato per esperienze di laboratorio e può essere utilizzato per la misurazione dell'intensità di corrente ad alta resistenza ohmnica e per  misure di tensione in circuiti a bassa resistenza anche per misure balistiche.

 

 

 

 

Galvanometro astatico

 

 

Lo strumento era assai diffuso nei laboratori di fisica dell’Ottocento. L’equipaggio mobile, sospeso da un filo di bossolo, è costituito da una coppia di aghi magnetici paralleli orientati con le polarità opposte. Questo sistema, detto appunto astatico, permette di eliminare in gran parte l’influenza del campo magnetico terrestre sullo strumento.

 

Condensatore

 

 

Condensatore o capacitore è un componente elettrico che immagazzina l'energia in un campo elettrostatico, accumulando al suo interno una certa quantità di carica elettrica.

Un condensatore è generalmente costituito da una qualsiasi coppia di conduttori (armature o piastre) separati da un isolante (dielettrico). La carica è immagazzinata sulla superficie delle piastre, sul bordo a contatto con il dielettrico. Poiché ogni piastra immagazzina una carica uguale ma di segno opposto una rispetto all'altra, la carica totale nel dispositivo è sempre zero. L'energia elettrostatica che il condensatore accumula si localizza nel materiale dielettrico che è interposto fra le armature. Se si applica una differenza di potenziale alle armature, le cariche elettriche si separano e si genera un campo elettrico all'interno del dielettrico. L'armatura collegata al potenziale più alto si carica positivamente, negativamente l'altra. Le cariche positive e negative sono uguali ed il loro valore assoluto costituisce la carica Q del condensatore. La carica è proporzionale alla tensione applicata e la costante di proporzionalità è una caratteristica di quel particolare condensatore che si chiama capacità elettrica e si misura in farad:

Ossia la capacità è uguale al rapporto tra la carica elettrica fornita Q e la differenza di potenziale V. La capacità di un condensatore piano (armature piane e parallele) è proporzionale al rapporto tra la superficie A di una delle armature e la loro distanza d. La costante di proporzionalità è una caratteristica dell'isolante interposto e si chiama permittività elettrica assoluta e si misura in farad/m.

Ora, poiché la permittività elettrica del vuoto vale , il rapporto tra la permittività elettrica assoluta di un isolante e quella del vuoto è un numero puro chiamato permittività elettrica relativa.

La capacità di un condensatore piano a facce parallele è quindi:

 

 

 

 

 

 

Condensatore per lavatrici di un tempo.

 

Condensatore da 50mF.

 

Condensatore cilindrico

 

 

Condensatore cilindrico regolabile.

 

Condensatore variabile.

 

 

Condensatore piano regolabile.

 

 

 

 

 

 

Condensatore.

 

 

Il dispositivo permette di  calcolare la variazione della capacità con dielettrico inseribile al suo interno.

 

Vecchi strumenti di misura utilizzati per macchinari industriali

 

 

 

 

Amperometro e voltmetro.

L'amperometro è uno strumento per la misura dell'intensità di corrente elettrica, che percorre una sezione di un conduttore, la cui unità di misura è l'ampere, (leggi ampèr), il cui simbolo è A. L'unità di misura possiede questo nome in onore del fisico e matematico francese André-Marie Ampère. L'amperometro è, insieme al voltmetro, uno strumento per misurare le grandezze elettriche.

Il voltmetro è uno strumento per la misura della differenza di potenziale elettrico tra due punti di un circuito, la cui unità di misura è il volt con simbolo V. L'unità di misura possiede questo nome in onore del fisico italiano Alessandro Volta

 

Tester analogico

 

 

Strumento multivalente che permette la misura delle principali grandezze elettriche: tensione e intensità di corrente.

 

Reostato a cursore

 

 

Il reostato o potenziometro è formato da un supporto che regge una resistenza costituita da un filo di metallico (nichel–cromo) oppure da una striscia di grafite o di plastica conduttiva, oppure da un film di materiale conduttore depositato su un substrato ceramico, strettamente avvolto sul sostegno, il quale fa capo a due morsetti. Sulle spire così formate striscia una spazzola metallica, fissata ad un cursore scorrevole su una grossa asta, che porta un terzo morsetto. Il reostato serve a variare il valore della corrente in modo continuo; utilizzando tutti e tre i morsetti si realizza il circuito potenziometrico mediante il quale si può variare la tensione fra lo zero ed il valore voluto. Per semplicità possiamo rapportare il concetto di reostato a quello di resistore, vale a dire un componente elettrico di enorme importanza per le sue innumerevoli applicazioni sia in apparecchiature elettriche che elettroniche,  utilizzati per convertire energia elettrica in energia termica. Nella Teoria dei circuiti il resistore è un componente ideale (resistenza) che risponde, se lineare, alla legge di Ohm, i resistori non lineari sono essenziali per fare modelli circuitali, per esempio, degli oscillatori elettronici. Nel mondo reale, i resistori sono dispositivi multiformi, con caratteristiche e limiti operativi ben determinati. I resistori variabili, ovvero la cui resistenza è variabile, si dividono in due categorie: quelli che possono essere regolati con un intervento manuale o meccanico e quelli che variano le proprie resistenza con il variare di un altro parametro, quali la temperatura, o la quantità di luce che li. Un tipo di resistore variabile di uso comune nelle apparecchiature elettroniche (quali radio, televisori, amplificatori) è il potenziometro, con il quale per mezzo di un conduttore mobile strisciante sull'elemento resistivo (rotante o lineare), è possibile variare il valore della resistenza entro un certo intervallo il cui limite superiore è indicato dal valore stesso che ha il potenziometro. I potenziometri di uso comune sono in genere di tipo rotativo invece che lineare, ovvero il cursore è mosso su un percorso circolare dalla rotazione di un albero, solitamente su un arco di 270°. L'uso come partitore è tipico dove si debba fornire valore in tensione ad un circuito, oppure dove si debba attenuare l'ampiezza di un segnale.

Un altro uso per esempio si ha come rilevatore di posizione; una parte mobile agisce sul cursore linearmente o per torsione fornendo un valore di tensione proporzionale alla posizione. L'apporto dell'elettronica digitale permette modalità di azionamento alquanto raffinate, come ad esempio quella adottata dal costruttore Tektronix per il posizionamento della traccia sull'asse orizzontale su alcuni modelli di oscilloscopi; consisteva in un potenziometro dotato di manopola con escursione 45° a sinistra e 45° destra, con richiamo al centro per mezzo di una molla; la velocità di spostamento della traccia era dipendente dal posizionamento angolare della manopola. Anche i potenziometri sono realizzati in diversi modelli: a strato, a filo, doppi, con o senza interruttore, a variazione resistiva lineare o logaritmica. Sono detti trimmer alcuni tipi di potenziometri che servono per regolazioni saltuarie e/o di taratura e che in genere richiedono l’uso di un utensile (giravite) per modificare il punto di regolazione; nel nostro caso il reostato comprende nella sua struttura un potenziometro a regolazione manuale tramite manopola. I resistori a valore resistivo fisso, al contrario, per applicazioni nei circuiti elettronici si presentano nella versione più comune come piccoli cilindri con due terminali metallici chiamati reofori, adatti per essere inseriti in circuiti stampati e saldati a stagno (In passato si saldava con una lega stagno-piombo; dopo l'introduzione della normativa RoHS il piombo è vietato).

 Il modello qui esposto è chiaramente di recente fattura, considerati i materiali di nuova generazione, ma possiamo trovare reostati a cursore sin dalla prima metà dell’800, grazie agli studi del fisico tedesco nonché matematico Georg Simon Ohm.

Reostati

 

 

 

 

Varie tipologie di reostato.

 

Il generatore elettrostatico di

Van der Graaf

 

Il generatore di Van der Graaf è una macchina elettrostatica in grado di accumulare una notevole quantità di carica elettrica in un conduttore, creando tra questo e un elettrodo di riferimento, solitamente messo a terra, un’altissima tensione, che può arrivare fino a milioni di Volt.     Questo tipo di generatore fu inventato verso la fine del 1931 dal fisico statunitense Robert Jemison Van der Graaf (1901-1967), da cui prende il nome, ed è la più moderna tra le macchine elettrostatiche (dispositivi capaci di fornire energia elettrica a spese dell’energia meccanica).

Principio di funzionamento La macchina è composta sostanzialmente da una cinghia di materiale isolante, mantenuta in rapido e continuo movimento da un piccolo motore elettrico. Sulla cinghia si depositano cariche elettriche emesse da punte metalliche collegate a un generatore. Muovendosi, essa trasporta, attraverso un tubo isolante, le cariche che si accumulano per strofinio e si liberano per induzione elettrostatica,  quando la cinghia sfiora una punta posta all’interno di una grande sfera metallica cava isolata (posta sulla parte superiore del tubo); le cariche si trasferiscono così sulla superficie della sfera cava, fino a raggiungere una carica elettrica molto elevata. Se non si spegne la macchina, il processo si arresta quando la tensione della sfera è sufficiente a produrre scariche elettriche attraverso gli isolanti di sostegno o attraverso l'aria circostante. Per evitare che la sfera si scarichi da sola (per esempio sulle pareti), l’apparecchio è in genere installato in camere molto ampie e con atmosfera costituita da gas isolanti

Tensione di funzionamento

In questo tipo di macchine si raggiungono tensioni molto elevate. Per ottenere tale caratteristica, dopo il 1935 tutti i generatori sono stati realizzati racchiusi in un recipiente cilindrico di acciaio contenente un gas (aria deumidificata o elio), ad una pressione di 10-20 atm. Con la pressione, infatti, aumenta la capacità del gas di sopportare campi elettrici elevati senza dar luogo a scintille. Dopo il 1940 sono stati utilizzati gas diversi dall’aria (ossido di carbonio, azoto) e realizzati generatori con tensioni da 1 MV a 5,5 MV.

Acceleratori tandem

Il più recente sviluppo del generatore di Van der Graaf è stato, a partire dal 1958, l'acceleratore a bersaglio fisso, elettrostatico, tipo tandem. Alcuni ioni negativi vengono emessi da una sorgente ed immessi in un tubo di pochi metri ai cui estremi si trovano un elettrodo a terra ed un elettrodo con potenziale positivo prodotto da un generatore di Van der Graaf. Gli ioni negativi vengono così accelerati verso l'elettrodo ad alta tensione, dove un getto di idrogeno li libera dagli elettroni. Gli ioni positivi così ricavati vengono quindi ulteriormente accelerati verso il bersaglio fisso costituito dall'elettrodo a terra. Il massimo potenziale raggiunto da un acceleratore Van der Graaff è pari a 25,5 MV.

Applicazioni

Il generatore di Van der Graaf ha anche applicazioni pratiche, ad esempio in fisica nucleare, dove l’elevata differenza di potenziale generata viene utilizzata per accelerare particelle dotate di carica elettrica, impiegate come proiettili per la disintegrazione dei nuclei atomici.

Avvicinando una sfera di rame accanto alla macchina, a pochi millimetri di distanza, e ponendola in azione, si vedranno partire scariche intense tra l’una e l’altra. Questo non è altro che la simulazione di come si formano i fulmini in cielo.

FANTEX

Proiettore dagli impieghi multipli.

 

 

 

Proiettore per esperimenti, per piccole diapositive e per la dimostrazione di processi fisici e chimici con impiego di dispositivi proiettabili.

Con lampada ad alogeni preventivamente regolata in posizione. Sostegno per apparecchi, telaio scorrevole per la sostituzione delle diapositive e aste guida per sostenere obbiettivi spostabili. Interruttore a scatto con circuito economizzatore per allungare la durata della lampada.

Lo strumento è qui utilizzato con una serie di lastre con elettrodi, per mostrare l’andamento del campo elettrico in funzione della disposizione degli elettrodi. Per rendere visibile il campo si impiegano fibre artificiali.

 

 

 

 

 

 

 

 

Rocchetto di Ruhmkorff

 

 

Tale strumento deve il suo nome a Ruhmkorff,meccanico tedesco che dirigeva a Parigi una Officina per la costruzione di apparecchi elettrici che fabbricò i primi rocchetti di induzione verso il 1851.

 

La bobina,o rocchetto, di Ruhmkorff si compone essenzialmente di un nucleo di ferro dolce, cilindrico, formato riunendo in fascio un gran numero di sottili fili di ferro verniciati o ossidati; su questo nucleo vengono avvolti due strati di rame isolato, della grandezza di circa 1 millimetro, poi un numero grandissimo di giri di filo di rame, ben isolato con seta, del diametro di circa un decimo di millimetro. Il filo grosso costituisce il primario, quello fine il secondario, che resta completamente isolato dal filo grosso per mezzodi uno spesso tubo isolante infilato sul primario. 

Una corrente intensa che attraversi il primario magnetizza fortemente il nucleo di ferro creando un campo che da zero assume un valore elevato. Le spire secondarie sono così sottoposte ad una grande variazione di flusso e ciascuna di esse diviene sede di una forza elettro motrice indotta, istantanea. La differenza di potenziale totale, che si ottiene agli estremi del secondario, è uguale alla  f.e.m. generata in una spira, moltiplicata per il numero delle spire. Quando la corrente primaria si arresta, il campo cade da un massimo a zero ; le spire sono sottoposte ad un'altra variazione di flusso, ad una seconda f.e.m. diretta in senso inverso a quella precedente. Risulta dunque che interrompendo frequentemente la corrente nel primario, si ottiene al secondario una successione di correnti indotte aventi potenziale tanto più elevato, quanto maggiore è il numero delle spire di filo fine e il valore della variazione di campo. Per ottenere quindi un buon effetto da una bobina di induzione, si richiede:

 

a) Che il nucleo di ferro sia sufficientemente frazionato, cioè formato da fili sottili (da 1/2 a 2 mm.) e ben isolati fra di loro, perché non si producano nella massa correnti indotte, le quali affievoliscono le variazioni di campo.

b) La corrente primaria sia intensa e le interruzioni rapide.

c) Il numero di spire secondarie sia elevatissimo

 

La seconda condizione è difficile ad ottenere specialmente perché la  auto-induzione del circuito primario tende a ritardare l'annullamento del campo quando la corrente si arresta, producendo una forte scintilla di rottura sul contatto dell'interruttore. Per eliminare questo inconveniente viene generalmente usato un condensatore le cui armature rimangono collegate in derivazione sui due reofori comunicanti col contatto mobile, che serve per produrre le interruzioni.

Quando la capacità del condensatore è ben proporzionata alla self induzione del primario l'interruzione avviene con piccolissima scintilla, la corrente assume un valore elevato, e le variazioni magnetiche più energiche danno luogo a correnti indotte molto più forti. 

 

Il flusso che si può ottenere nel nucleo di ferro, dipende dalla sua sezione in cm.2 che diremo s, moltiplicata per l'induzione massima la quale, dì regola, non supera il valore di 6ooo unità.Se N è il numero di spire secondarie e n il numero delle interruzioni per secondo, la f.e.m. prodotta dovrebbe essere approssimativamente:

 

6000 x s x N x n

 

Per un rocchetto di media grandezza, si possono ritenere valide le proporzioni seguenti:

Nucleo di ferro: lunghezza da 8 a 12  volte, il diametro, od anche più per i grandi rocchetti.

Diametro massimo dell'avvolgimento secondario: da 3 a 5 volte il diametro del nucleo di ferro.

In ogni caso minore della lunghezza totale del nucleo, in maniera cioè che questo possa sporgere oltre i limiti dell'avvolgimento di filo fine per una lunghezza uguale ad una o due volte il suo diametro

Filo primario: In generale servono due strati, per corrente da 4 a 10 volte fornita da accumulatori o pile. Il diametro può variare da mm 0.8 a 1.5secondo le dimensioni. Per funzionamento con la corrente ad alto potenziale (100 a 150 volta) si impiegano generalmente quattro strati di filo più sottile, intercalando un reostato sul primario per mantenere in giusti limiti l'intensità.

Arco voltaico

L’arco voltaico fu ottenuto la prima volta dall’inglese Davy, nel 1803, per mezzo di una pila colossale di 2000 elementi i cui poli erano uniti con due cilindri di carbone di legno tenuti orizzontali, l’uno sul prolungamento dell’altro. Fu lo stesso Davy a chiamarlo arco voltaico in onore del grande fisico italiano.

 

Ponendo a contatto le punte dei due cilindretti di carbone (elettrodi), collegati con i poli di un generatore elettrico, le punte si arroventano, poiché la resistenza é molto grande nel punto di contatto. Staccate allora le punte di qualche millimetro, si forma nello spazio tra i due cilindretti una regione di vapore incandescente a forma di arco che emette luce vivissima, al punto che nelle lampade ad arco si devono usare globi diffusori smerigliati od opalizzati per ridurne il rendimento luminoso.

Applicazioni

L’arco voltaico veniva usato nell’illuminazione e negli apparecchi da proiezione prima delle lampade ad incandescenza; è ancor oggi usato industrialmente per la fusione dei metalli, data l’alta temperatura che si produce.

Generatore

Si tratta di un generatore stabilizzato a bassa tensione con correnti fino a 15A.

 

 

 

Generatore a bassa tensione

 

 

Generatore a bassa tensione con correnti fino a 5-6A.

 

Lampade ad incandescenza con zoccolo aperto

 

Per rappresentare la struttura e il montaggio di una lampada a incandescenza.

 

 

 

 

 

 

 

Apparecchio di misura delle resistenze

 

Per studiare come la resistenza elettrica dipende dalla lunghezza, dalla sezione e dal materiale del conduttore.  Lunghezza: 1m. Materiali: costantana (diametro 1mm), 2xcostantana ( diametro 0.7mm), costantana (diametro 0.5mm), costantana (diametro 0.35mm), ottone ( diametro 0.5mm).

Serve per studiare come la resistenza elettrica dipende dalla lunghezza, dalla sezione e dal materiale conduttore.

La misura della resistenza può essere eseguita con il metodo diretto o indiretto.

Il metodo più veloce, ma anche meno preciso, è la misura diretta per mezzo dell’ Ohmetro.

La resistenza può essere misurata anche con il Ponte di Wheatstone o, se si tratta di una resistenza di valore elevato, mediante la scarica di un condensatore.

Più attendibile ma meno veloce è il metodo indiretto Volt – Amperometrico, utilizzato da questo strumento.

Esso consiste nel rilevare la tensione ai capi della resistenza e la corrente che l’attraversa.

Il rapporto tra le due misure R = V / I  fornisce la grandezza incognita.

Lo strumento è composto da una lunga asta nella quale vengono inserite di volta in volta costantane diverse per lunghezza, sezione e materiale.

L’asta viene attraversata da una corrente elettrica prodotta da un apparecchio ad essa collegata. I valori di intensità e tensione vengono misurati da un voltmetro e da un amperometro analogici.

L’unità di misura della resitenza è l’ ohm (Ω), così chiamato in onore del fisico tedesco Georg Simon Ohm (1787-1854), che nel 1826 enunciò la legge che da lui prese il nome definendo la resistenza e determinandone la relazione con l’intensità e con la tensione della corrente elettrica. L’ohm è definito con la resistenza di un tratto di filo conduttore che, percorso dalla corrente di 1ampère, manifesta agli estremi una differenza di potenziale di 1 volt.

 

Ponte di Graetz

 

 

Adottando quattro diodi disposti in configurazione a ponte di Graetz, è possibile ottenere un segnale che è la somma di una semionda positiva più la semionda negativa capovolta (doppia semionda). Questa soluzione, molto usata negli alimentatori, rende molto più semplice il successivo filtraggio e livellamento della tensione fino ad ottenere una corrente continua, non richiedendo peraltro un trasformatore con doppio avvolgimento. Principale svantaggio di questo metodo è di avere una caduta di tensione pari a quella di due diodi in serie, quindi anche oltre 2 volt. Nel raddrizzare tensioni molto piccole si ha quindi una perdita e una distorsione eccessive.

 

Resistenze

 

 

Atro tipo di resistenza.

 

 

 

 

 

 

 

Interruttori standard in plastica con chiusura/apertura tramite manopola girevole

 

 

Esiste una varietà immensa di interruttori. Nella forma più elementare l'interruttore è costituito da due contatti metallici che possono essere mossi per entrare in contatto o separati. Dispositivi più complessi possono agire contemporaneamente su più circuiti, per esempio per interrompere contemporaneamente le tre linee nel sistema trifase. Ogni contatto di un circuito separato è chiamato polo, in questo caso identificato alle estremità da boccole di collegamento. Alcuni interruttori hanno una configurazione complessa di contatti, in cui per esempio quando un contatto viene aperto viene chiuso in contemporanea (con la solita manovra) un altro circuito. In questo caso si ha un deviatore o un commutatore. In altri modelli il ritorno alla posizione precedente dopo l'intervento dell'operatore viene effettuata da una molla e si ha un pulsante. In genere i punti di contatto sono rivestiti con metalli nobili quali il platino allo scopo di proteggerli dall'ossidazione che potrebbe dare origine a giunzioni inaffidabili e pericolosi surriscaldamenti, i contatti di elevata qualità sono realizzati in argento, metallo ad elevatissima conducibilità elettrica.
Ogni interruttore è caratterizzato dalle seguenti proprietà:

Tensione nominale: è la massima tensione sopportabile tra i contatti in posizione aperta. È determinata anche in base all'isolamento del dispositivo rispetto all'ambiente esterno. Corrente massima nominale: è la massima intensità di corrente elettrica che può attraversare l'interruttore senza danneggiarlo in seguito al surriscaldamento prodotto per effetto Joule. Potere di interruzione nominale: è la corrente massima che il dispositivo è in grado di interrompere e dopo l'interruzione è ancora in grado di proteggere il circuito. Per correnti superiori i contatti potrebbero non essere in grado di aprirsi. Grado di protezione IP: indica il livello di protezione verso il contatto con oggetti o col corpo umano e contro l'acqua. Nonostante le caratteristiche dichiarate dal costruttore, al pari dei relè, se è stato progettato in economia, la sua vita operativa può essere di breve durata, o per incollaggio dei contatti o per avvenuto isolamento degli stessi. Da un punto di vista costruttivo un interruttore è estremamente diverso a seconda che debba operare a bassa, media o alta tensione, e anche in funzione della corrente nominale gestita. Si passa dai piccolissimi interruttori presenti all'interno di dispositivi elettronici, fino ai mastodontici interruttori delle stazioni elettriche di alta tensione, in questo caso l’interruttore ha una tensione massima di 250 V e una corrente max di 10 A e con carico ammesso di 2500VA.

Per gli apparecchi destinati all'impiantistica in bassa tensione si usa una classificazione in base alla configurazione dei contatti: Interruttore semplice unipolare: è l'interruttore usato per i punti luce, esso infatti chiude solamente il polo fase. Interruttore deviatore: è un unipolare che consente di comandare in due parti di una stanza un punto luce. Interruttore invertitore: consente come al deviatore di comandare in più parti di una stanza un punto luce invertendo il segnale (per far ciò si necessita sempre di due deviatori più il numero di invertitori necessari per ottenere il numero di comandi desiderati. Interruttore bipolare: interrompe sia la fase che il neutro; quest’ultimo è usato prevalentemente per l'interruzione di grandi apparecchi o per protezione. È infatti inutile interrompere una lampada con un bipolare poiché la potenza assorbita non è tale da giustificare una protezione (e ovviamente anche il costo, molto più elevato di un interruttore unipolare). Montaggio e guasti sono pressoché uguali a quelli dell'interruttore unipolare.

 

Resistenze tarate

Resistenze con stampato il simbolo del componente, il valore resistivo, la tensione o la potenza massima. Nel nostro caso hanno tutte tolleranza 2%, potenza massima 4W, resistenza rispettiva 1;10 e 100.

 

 

 

 

 

 

Riscaldatore ad immersione commerciale.

L’avvolgimento riscaldante è messo allo scoperto per poterne dimostrare la costruzione e il funzionamento.

 

 

 

 

 

 

Trasformatore

Trasformatore da 220 a 160 e 270

 

 

 

 

 

 

 

 

Trasformatore

 

Dispositivo realizzato da due bobine, avvolte su un nucleo chiuso di ferro , che costituiscono due circuiti  indipendenti: il primario e il secondario, rispettivamente di N e N spire; funziona secondo le leggi dell’induzione e permette di ottenere sul secondario una tensione alternata diversa da quella applicata al primario.

 

 

 

 

Raddrizzatore a stato solido

 

Raddrizzatore a ponte al selenio per piccole tensioni.

Alla tensione d’ingresso di tipo sinusoidale corrisponde in uscita una tensione unidirezionale.

 

 

 

 

Raddrizzatori per correnti alternate

 

 

 

Modelli di raddrizzatori per correnti alternate costruiti da alunni dell’Istituto.

 

 

 

 

 

 

 

Trasformatore –raddrizzatore

 

 

Apparecchio multi uso: raddrizzatore e trasformatore.

 

 

 

 

 

 

 

Radio

 

 

Modello di radio realizzato da un alunno del liceo.

 

 

 

 

 

 

 

Tasto Morse

 

Nato di conseguenza all’invenzione dell’artista e scienziato statunitense Samuel Finley Breese Morse (dal quale prende il nome) dell’omonimo alfabeto basato sull’apertura e chiusura di un circuito a bassissima tensione, questo tasto venne utilizzato in maniera significativa durante la prima grande guerra mondiale. Morse iniziò a interessarsi di telegrafia nel 1832 e nel 1835 aveva già progettato un primitivo sistema di relè. Il sistema fu gradualmente migliorato e presentato pubblicamente nel 1837 (anno in cui depositò il brevetto del telegrafo), infine brevettato nel 1840. Fu presto costruita la prima linea telegrafica tra Baltimore e Washington e il 24 maggio 1844 fu inviato il primo messaggio: "What hath God wrought!" (Bibbia in inglese - numeri 23:23), e cioè "Cosa ha fatto Dio!". Il codice Morse originale consisteva in combinazioni di punti e linee ognuna corrispondente a un numero. A sua volta ogni numero corrispondeva a una parola che poteva essere ricavata cercando il numero in un apposito libretto. I numeri venivano trasmessi mediante l'uso del tasto telegrafico. Sebbene Morse fosse l'inventore del telegrafo, non eccellendo in perizia tecnica chiese la collaborazione di Alfred Vail. Vail sviluppò un sistema nel quale ogni lettera o simbolo veniva inviata singolarmente usando una combinazione di punti, linee e pause. I due convennero che fosse proprio il metodo di Vail il più adatto ad essere inserito nel brevetto che Morse si accingeva a richiedere. Fu proprio questo sistema, conosciuto come codice Morse americano, che fu usato per trasmettere il primo messaggio telegrafico. Considerato da subito lo standard per la codifica delle informazioni, il codice Morse ebbe un così ampio e incontrastato successo che nessun altro sistema alternativo riuscì a soppiantarlo, tanto da rimanere lo standard internazionale per le comunicazioni marittime fino al 1999. Il costo di un messaggio telegrafato dipendeva dalla sua lunghezza, per questo vennero escogitati alcuni codici commerciali in modo da codificare intere frasi in gruppi di poche lettere (normalmente cinque) che venivano poi inviati come singole parole. Per esempio: LIOUY ("Perché non rispondi alla mia domanda?") o AYYLU ("Non codificato chiaramente, ripeti più chiaramente"). Tra questi, il codice Q e il codice Z hanno ancora una discreta fortuna tanto che attualmente sono usati sia dai radioamatori che dagli operatori di telegrafia per informazioni di servizio come la qualità del collegamento, il cambio di frequenza o la numerazione dei telegrammi. Il tasto di Morse serviva da interruttore/modulatore di segnali radio e solitamente era posto tra il sistema di generatore del segnale ad alta frequenza (radiofrequenza prodotta da rocchetti, spinterogeni rotanti, alternatori o archi di Poulsen) e il sistema terra/antenna; Nel circuito Morse ordinario (figura di sinistra), quello più usato e conosciuto in Europa, quando nessuna stazione trasmette le pile non sono collegate, non circola corrente, gli elettromagneti non sono eccitati e le leve sono sollevate, in questo caso il circuito risulterà aperto; per iniziare una comunicazione sarà necessario abbassare la leva per chiudere il circuito permettendo alla corrente di passare. Esiste anche un sistema di Morse Invertito; In questo sistema, adottato nelle linee secondarie tedesche, i movimenti delle leve avvenivano a rovescio, perché si utilizzava l’incudine o contatto posteriore del tasto. Col tasto alzato il circuito era chiuso e le leve abbassate, pigiando il tasto il circuito si interrompeva e le leve venivano istantaneamente rilasciate e si alzavano (per azione della molla antagonista). Il loro movimento era quindi l’esatto contrario di quello del tasto. l’elettromagnete applicato sulla punta del tasto agirà quindi questa volta per rilascio anziché  per attrazione.

 

Accessori per la legge di Biot Savart

 

 

Sono due bobine, formate da  una serie di spire circolari (in questo caso 10) molto vicine fra loro e realizzate con un unico filo di materiale conduttore, di diametri diversi, esattamente l’uno il doppio dell’altro.

Il metallo con cui sono state realizzate le spire è un ottimo conduttore di elettricità, il che è fondamentale per questo tipo di accessorio.

Il collegamento è affidato a delle boccole di 4mm.

Applicazioni

Come il nome ci suggerisce questi accessori sono usati per esperienze che hanno come soggetto la legge di Biot e Savart. I due fisici

francesi idearono una legge

che fornisce un'espressione per il campo magnetico B prodotto da un filo rettilineo indefinito, percorso da corrente stazionaria I, in un punto P dello spazio, dove d è la distanza del punto dal filo conduttore e dove µ₀  e π sono due costanti.

 

In simboli:

 

Questa però è una caratteristica ed una proprietà legata al magnetismo generato da un filo conduttore rettilineo; le nostre bobine invece formano un filo conduttore circolare chiuso.

Una corrente elettrica in una spira circolare crea un campo magnetico che e' piu' intenso al centro della spira rispetto all'esterno della spira. Mediante avvolgimento di piu' spire affiancate si ottengono campi magnetici molto piu' intensi. Una struttura di questo tipo si chiama solenoide.

Andando più nello specifico, facendo passare una corrente elettrica di intensità I nel filo, si viene a creare un campo magnetico, sia dentro sia fuori del solenoide, direttamente proporzionale al numero totale delle spire, all'intensità di corrente , ed inversamente proporzionale alla lunghezza del solenoide. Nel caso di un solenoide posto in un mezzo, il modulo del vettore induzione magnetica risulta essere:

Dove N è il numero totale delle spire, μ la permeabilità magnetica del mezzo e lunghezza del solenoide.

Se il solenoide è posto nel vuoto la permeabilità magnetica μ del mezzo va sostituita con quella del vuoto μ₀  che è una costante.

La permeabilità magnetica, solitamente indicata con la lettera greca μ, è una grandezza fisica che esprime l'attitudine di una sostanza a lasciarsi magnetizzare.

Pendolo di Waltenhofen

 

 

Per esperimenti sulle correnti vorticose, unitamente al trasformatore scomponibile.

 

 

 

 

 

Disco rotante di rame.

 

 

Per dimostrare le correnti vorticose e per montare un modello di contatore a corrente alternata.

 

 

Accumulatori al Ni-Cd

 

Ogni cella è nominalmente di 1,2 volt (se non sono cariche, se a piena carica arrivano a circa 1,25÷1,35 volt), perciò 10 celle sono nominalmente di 12 volt (se a piena carica sono 12,5÷13,5 volt).

Le batterie al NiCd hanno la possibilità di cominciare a funzionare (negli abituali circuiti elettrici a 12 V) come 11 celle a 13,2 volt nominale (se non cariche 13,75÷14,85 volt) oppure (verso la fine della loro scarica) come 12 celle, che forniscono 14,4 volt (se non cariche sono circa 15,0-16,2 volt). La spiegazione dell'utilità di questa cosa è che nelle applicazioni pratiche più diffuse servono poco più di 12V, e che si può diminuire la tensione (con un certo range di tolleranza) applicando una resistenza variabile che causa una caduta di tensione.

Le batterie NiCd destinate al consumo su grande scala sono disponibili in formati standard passando dal più piccolo “AAA” fino al tipo “D” ed anche ai modelli da 9V. Possono essere costruiti in modelli a batteria da 10, 11, o 12 celle, invece della unica cella presente nel modello standard. Versioni industriali immerse in un materiale inerte sono disponibili in dimensioni con amperaggi di 12,5 Ah, 25 Ah, 100 Ah, ed anche di più.

L'energia specifica degli accumulatori di questo tipo può raggiungere i 50 Wh/kg (riferiti alla scarica in 5 h) e la potenza fino a 200 W/kg. La durata di vita ai cicli di scarica profonda, può raggiungere il migliaio di cicli. Più di qualche perplessità suscita l'impiego di Cadmio, elemento notoriamente cancerogeno, nel caso di un impiego massiccio e diffuso come sarebbe nel caso di alimentazione di veicoli.

Applicazioni tipiche

Gli Accumulatori al Ni-Cd sono particolarmente robusti e adatti a sopportare elevate correnti di carica e scarica. Sono quindi adatti ai motori di modelli radiocomandati (aerei, navi, auto) nonché all’ elettronica portatile, calcolatori,radio, giocattoli e flash fotografici.

La maggiore energia specifica degli accumulatori nichel-cadmio rispetto agli accumulatori al piombo li renderebbe interessanti soprattutto per le applicazioni di trazione.

Storia

Nel 1899, lo svedese Waldemar Jungner creò la prima batteria al nichel-cadmio. Nel 1910, fu costituita una società per produrre batterie industriali al nickel-cadmio in Svezia. La prima produzione negli Stati Uniti iniziò nel 1946.Da allora le batterie divennero "tascabili", costituite da un involucro di metallo contenente delle lamine di nichel e cadmio. Verso la metà del XX secolo, questo genere di batterie è divenuto molto popolare. Le lamine sono create fondendo la polvere di nichel ad una temperatura ben al di sotto del punto di fusione,ma usando al contrario pressioni molto elevate. Vengono poi caricate elettricamente (sia positivamente che negativamente) immergendole in nickel e cadmio attivi. Di solito questo genere di piastre sono molto più sottili degli involucri delle batterie classiche,permettendo una maggiore superficie reattiva per unità di volume,per raggiungere correnti più elevate rispetto alle batterie classiche delle stesse dimensioni. In generale, maggiore è la superficie dei materiali reattivi in una batteria,minore è la resistenza interna. Negli ultimi decenni,questo fatto ha permesso di creare batterie al nickel-cadmio con resistenze interne basse tanto quanto quelle delle pile alcaline.

Le migliorie tecnologiche e produttive delle batterie introdotte nella seconda metà del XX secolo,le hanno rese estremanente economiche in fase produttiva. Parallelamente sono aumentati anche i prodotti alimentati a batteria.Dal 2000, sono state prodotte circa 1,5 miliardi di batterie al nickel cadmio ogni anno. Nonostante le batterie Ni-Cd non verranno mai impiegate nei settori in cui le batterie alcaline dominano sin dal 1990,una fetta sorprendente di mercato investe sempre di più nella produzione di apparecchiature che supportano le pile ricaricabili.

Pila di Daniel

 

 

 

È costituita da un compartimento anodico formato da un cilindro di zinco (con soluzione di solfato di zinco ZnSO4), da un compartimento catodico formato da un cilindro di rame (con soluzione di solfato di rame(2+) CuSO4) e da un cilindro in argilla alto 150 mm e di 30 mm di diametro. È inoltre compreso un cilindro di vetro alto 160mm e di 110 mm di diametro. In entrambi i comparti deve essere presente un elettrolita di supporto quale ad esempio il solfato di potassio K2SO4.

Fu elaborata nel 1836 da John Frederic Daniell (1790-1845), sfruttando il prototipo inventato da Volta e apportando miglioramenti in termini di voltaggio e sicurezza d'uso.     

Applicazione

 

La reazione d'ossidoriduzione spontanea che avviene nella pila è Zn + Cu++ => Zn++ + Cu. Dai potenziali standard di riduzione si ricava facilmente che la fem. (standard) della pila è di 1,1 V. Più interessante è tuttavia il fatto che in questo caso l'elettrodo di rame partecipa attivamente nella reazione. Infatti, mentre l'elettrodo di zinco si consuma, come accade nella pila di Alessandro Volta (Vecchie pile a colonna e Pile ad un solo liquido), nella pila Daniell il catodo aumenta di massa, visto che gli ioni rame Cu++ si riducono a rame metallico Cu aderendo alla superficie dell'elettrodo. Per conservare la saturazione della soluzione di rame in genere si fa in modo che sul fondo del contenitore siano presenti dei cristalli di CuSO4 i quali, sciogliendosi gradualmente, fanno rimanere satura la soluzione. Nella pila di Volta si aveva invece sviluppo di idrogeno al catodo con conseguenti problemi di funzionamento (polarizzazione). La pila Daniell è un dispositivo elettrochimico in cui non si ha la polarizzazione del catodo e per questo molto più efficiente

della pila di Volta sia in termini di durata continuativa di funzionamento che di costanza della corrente elettrica continua erogata.

 

 
Pila

 

Esempio di vecchia pila.