1A - Laboratorio TP: il dinamometro

Il dinamometro (dal greco dynamis "forza" e metron "misura") è lo strumento per la misurazione della forza. E' costituito da una molla con una scala graduata.
La scala si presenta come una successione di tacche equidistanti  che corrispondono ad un preciso valore della grandezza di misura; la distanza tra due tratti adiacenti costituisce una divisione della scala.
la linea ideale si muove un indice (nel caso più comune un ago sottile).
Quando fai la misura, leggi la corrispondenza tra l'indice e la scala graduata, ottenendo  il valore numerico della misura.
Lo spostamento fra le estremità della molla, dovuto all'allungamento di quest’ultima, è rilevato da un indice (la laminetta rossa) che si muove rispetto alla scala. L'applicazione (al gancio) di un peso inferiore alla sensibilità minima non comporta il movimento della lancetta dallo zero.

La sensibilità del dinamometro è il più piccolo peso in grado di produrre uno spostamento apprezzabile rispetto all'inizio della scala dello strumento. In altre parole la sensibilità di uno strumento è il più piccolo valore della grandezza che lo strumento può rilevare. Lo zero della scala si ha con la molla in scarico, cioè senza nessun peso agganciato. Attenzione a regolare lo zero prima da fare la misura; l'indice potrebbe essere spostato:

Osserva la scala dei grammi, a destra. Ci sono due tacche lunghe (a 0 e a 100), e una terza a metà (50). Ogni intervallo da 50 è diviso da tacche più corte in cinque parti, ciascuna delle quali da 10. Altre tacche ancora più corte individuano altre divisioni da 5. La divisione da 5 è la più piccola della nostra scala: quindi, per quanto detto prima, la sensibilità del nostro dinamometro è 5 g.

La seguente misura è dunque di 95 g: 

Attenzione al fatto che lo spessore della laminetta rossa (l'indice) è uguale a una delle divisioni più piccole, da 5 g.  L'estremità destra punta sulla tacchetta da 95. C'è quindi un po' di errore.

da Wikipedia

La portata di uno strumento è il più grande valore della grandezza che lo strumento è in grado di misurare. Guardando la foto 1 vedi che la portata del nostro strumento è 500 g. La portata viene anche detta fondo scala e rappresenta il limite superiore del campo di misura.

ATTENZIONE!
Nel linguaggio comune confondiamo la massa con il peso e a usare per quest’ultimo il kilogrammo come unità di misura (nel nostro dinamometro il grammo). Però le due grandezze sono distinte e  diverse: la massa è una proprietà della materia, mentre il peso è la forza con cui l'oggetto è attratto dalla Terra (o da un altro pianeta). Nello spazio, lontano da pianeti o stelle, gli oggetti non hanno peso ma hanno una massa: l'astronauta in orbita sulla stazione spaziale non ha peso come tutti gli oggetti dell'abitacolo, ma se urta un tavolo si fa male lo stesso!


Differenza tra precisione di una misura e accuratezza di una misura. 
Immagina una serie di frecce scagliate su un bersaglio: quanto più le frecce giungono raggruppate, tanto più la serie di tiri è precisa.
Non importa quanto il centro del gruppo (la media) si avvicini al centro del bersaglio, fattore invece determinato dall'accuratezza. Nell'immagine a destra, le serie di dati A e B sono ugualmente precise, ma la serie B è lontana dal centro del bersaglio: la misura è perciò inaccurata. In C, i dati sono poco precisi, ma la misura è invece accurata. In D, non si hanno né precisione né accuratezza.
Infine una domanda.
Se appendo una piuma al gancio del dinamometro non vedi uno spostamento apprezzabile rispetto all'inizio della scala dello strumento.
Perché?

Perché lo strumento non è abbastanza sensibile per rilevare il peso della piuma. La piuma pesa meno del valore minimo rilevabile dallo strumento.

Ma come si misura il peso? E la massa?

In kg o in newton?

Guarda il dinamometro. Su di esso ci sono due scale.
Il menisco rosso segna, per la scala dei grammi, tra 75 ed 80 g, dunque circa 75,5 g = 0,0755 kg.
Per la scala dei newton (N) 0,75 N. 1N=100 g=0,1 kg. Per passare dai kg ai N moltiplico per 10, per passare dai N ai kg divido per 10, mentre 1 g = 0,01 N.

Nel linguaggio corrente esiste una certa confusione tra massa e peso di un oggetto.
Ricordiamo che la massa inerziale è una proprietà dei corpi legata al loro comportamento quando sono sottoposti a una forza. La massa inerziale indica la "resistenza" che un corpo oppone alla variazione del suo stato di moto. Infatti, se applichiamo una stessa forza a due corpi diversi, otteniamo differenti accelerazioni.

Se, per esempio, applichiamo una forza di 100 N ad un corpo di massa inerziale 10.000 kg otteniamo una accelerazione a = F/m = 100/10000 = 0,01 m/s^2.

Se invece applichiamo la stessa forza ad un corpo di massa inerziale 5 kg, otteniamo l'accelerazione: a = F/m = 100/5 = 20 m/s^2.

Un corpo di massa inerziale maggiore oppone una maggiore "resistenza" alla variazione del suo stato di moto per cui, a parità di forza, si ottiene una accelerazione minore. Un corpo di massa inerziale minore oppone una minore "resistenza" alla variazione del suo stato di moto per cui, a parità di forza, si ottiene una accelerazione maggiore.
Possiamo quindi definire la massa inerziale come il rapporto: m = F/a.
La massa si misura in Kg nel sistema internazionale (SI).

Ogni corpo è soggetto alla gravità. Questa forza di attrazione si può esprimere come il prodotto della massa m per l’accelerazione di gravità locale g. Le forze si misurano in Newton. L’accelerazione di gravità è 9,8  m/s^2, quindi la massa di 1 Kg pesa 9,80 N. Sulla Terra l’accelerazione di gravità non ha grandi variazioni da  un luogo ad un altro  si usa il chilogrammo peso Kgp, il peso di 1 Kg massa che equivale a 9,80 N.

La massa gravitazionale indica invece la capacità che hanno i corpi di attirarsi gravitazionalmente.


La forza gravitazionale che si instaura fra due corpi è direttamente proporzionale alle masse dei corpi ed inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza (legge della gravitazione universale):

L'esperienza mostra che massa inerziale e massa gravitazionale sono legate fra loro (per questo motivo si giustifica l'uso dello stesso temine). Esse coincidono, e questo fatto venne chiamato da Einstein principio di equivalenza. vedrai meglio questi argomenti alle superiori.