Come Costruire e Usare un Pendolo

I pendoli sono molto semplici e divertenti da realizzare! Si tratta fondamentalmente di oggetti che penzolano da un punto fisso e che ondeggiano avanti e indietro per azione della gravità. Sebbene possano essere usati all'interno degli orologi per gestire le lancette o per dimostrare il movimento della terra, in realtà rappresentano anche un fantastico esperimento!

Parte 1

Parte 1 di 3:

Costruire un Pendolo

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Riunisci tutto il materiale. Questo esperimento si può eseguire facilmente a casa. Tutto quello di cui hai bisogno dovrebbe essere già disponibile nella tua abitazione. In questo articolo viene descritta la costruzione di un solo pendolo, ma puoi realizzarne diversi di lunghezze differenti. Per questo motivo procurati dello spago più lungo di 70 cm.^{[1]XFonte di ricerca}
- Prendi due sedie e una riga. Questi oggetti ti serviranno per costruire il "telaio" del pendolo, il quale verrà attaccato alla riga appoggiata fra le due sedie.
- Le forbici serviranno per tagliare lo spago. Procurati il nastro adesivo nel caso si rivelasse utile, ad esempio se volessi usare delle monetine al posto delle rondelle.
- Lo spago dovrebbe essere lungo almeno 70 cm o anche più. Puoi usare una cordicella o del filo da maglia, in base a quello che hai a disposizione.
- Il cronometro ti permette di registrare dei tempi, come il periodo del pendolo e come questo cambia in base all'angolazione o alla lunghezza del pendolo stesso.
- Puoi usare cinque rondelle o tre monetine come zavorra. Si tratta di oggetti facilmente reperibili in casa e la cui massa è sufficiente al tuo scopo.
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Disponi le sedie in modo che gli schienali siano rivolti l'uno verso l'altro. Devi distanziarle di circa un metro, dato che fra loro appoggerai la riga. Mettile con le sedute verso l'esterno, per evitare che queste si trovino sulla traiettoria del pendolo.
- Appoggia la riga sugli schienali e accertati che sia ben centrata rispetto alle sedie. Se la riga non si trova nella giusta posizione, i tuoi rilevamenti saranno errati.
- Se la riga è ben stabile sugli schienali delle sedie, puoi fissarla con del nastro adesivo.
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Taglia un pezzo di spago lungo 70 cm. Questo farà parte del tuo pendolo. Tutto quello che ti resta da fare è attaccare un peso. Se hai deciso di realizzare più pendoli di diverse lunghezze, troverai che la frequenza di ciascuno (il numero di oscillazioni in un secondo) dipende proprio dalla lunghezza dello spago.
- Annoda la cordicella nel centro della riga; in questo modo sei certo che il peso non urterà le sedie.
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Lega cinque rondelle di metallo al capo libero dello spago. Queste sono i pesi che costituiscono l'elemento finale del pendolo. Puoi sostituirle con tre monetine, se preferisci, e in tal caso dovrai assicurarle con dei pezzi di nastro adesivo all'estremità libera.
- Ti accorgerai che un pendolo con una zavorra maggiore si muoverà alla stessa velocità di quello con un peso minore (puoi usare una palla di gommapiuma disponibile nei negozi di bricolage), perché l'accelerazione impressa a entrambi gli oggetti non cambia a prescindere dal loro peso, dato ché è quella di gravità.
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Parte 2

Parte 2 di 3:

Usare il Pendolo

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Tira lo spago in modo che sia ben dritto e formi un certo angolo con la riga. Puoi farlo afferrando la zavorra alla fine della cordicella, dove ci sono le rondelle o le monetine. In base all'angolazione iniziale, la frequenza del pendolo cambia.
- Ad esempio, se rilasciassi il pendolo quando lo spago forma un angolo di 90° con la riga, otterresti una frequenza diversa rispetto a quella che si raggiunge con un'angolazione di rilascio di 45°.
Accertati che la zavorra non colpisca alcun oggetto durante la sua oscillazione; se questo dovesse accadere, ripeti l'esperimento. Nel momento in cui rilasci il peso, devi rilevare il tempo che questo impiega a percorrere la traiettoria, quindi cerca di essere pronto.
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Rileva i tempi. Inizia a misurare il tempo impiegato dal pendolo non appena rilasci il peso. Quando la zavorra ritorna alla posizione di partenza blocca il cronometro. In questa fase sarebbe utile la presenza di un assistente, in modo che tu possa concentrarti sul pendolo mentre lui controlla il cronometro.
- Il tempo impiegato dal pendolo per concludere una oscillazione è detto "periodo del pendolo". Puoi trovare anche la frequenza calcolando quante oscillazioni vengono compiute in un secondo.
Cronometralo ancora per capire se puoi ottenere gli stessi valori trovati in precedenza. Cerca di rispettare la stessa inclinazione di partenza e osserva eventuali cambiamenti.
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Annota le tue osservazioni. Scrivi i tempi impiegati per completare un'oscillazione e la frequenza, in modo da poter avere dei termini di paragone quando inizierai a fare esperimenti "creativi".
- Tutto ciò ti permette di capire le due applicazioni principali del pendolo. La prima riguarda la misurazione del tempo, la seconda invece fa riferimento al pendolo di Foucault. Nel primo caso il pendolo si utilizza per gestire il movimento delle lancette di un orologio.
- Il pendolo di Foucault dimostra la rotazione terrestre. In questo caso hai bisogno di un pendolo molto grande (a volte tanto quanto due piani di un edificio) in modo che ondeggi per un periodo molto lungo.
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Parte 3

Parte 3 di 3:

Esperimenti Creativi

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Taglia un altro segmento di corda. Se prepari due o anche tre pendoli, puoi dimostrare le speciali proprietà di questo oggetto. Prendi un pezzo di spago più corto rispetto al primo oppure legalo a un peso diverso.
- Prendi una cordicella lunga 35 cm, se vuoi capire come la lunghezza influenzi il comportamento del pendolo.
- Metti il secondo segmento a 20-30 cm dal primo, in maniera che non entrino in collisione durante le oscillazioni.
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Modifica la zavorra. Prova i pendoli con pesi diversi per capire come questo fattore interferisca sull'ampiezza dell'oscillazione e sulla frequenza. Rileva i tempi per valutare la presenza di qualunque variazione e per quantificarla.^{[2]XFonte di ricerca}
- Fai diverse ripetizioni (circa cinque) e calcola la media dei tempi registrati o delle oscillazioni. In questo modo ottieni il periodo medio del pendolo.
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Cambia l'angolazione di rilascio. Sebbene una modifica lieve dell'angolo non influenzi l'oscillazione del pendolo, dovrai provare grandi cambiamenti per notare delle alterazioni nel movimento della zavorra. Per esempio, prova a posizionare un pendolo a 30° rispetto alla riga e l'altro a 90°.^{[3]XFonte di ricerca}
- Anche in questo caso, mentre provi diverse angolazioni, dovrai ripetere più volte l'esperimento (cinque volte circa) per avere un campione di dati affidabile.
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Cambia la lunghezza dello spago. Osserva cosa succede rilasciando due pendoli di lunghezza diversa. Cronometrali per capire se quello con lo spago più corto si muove più velocemente dell'altro o se non ci sono alterazioni.
- Esegui molte ripetizioni e poi trova il valore medio dei periodi e delle frequenze del pendolo.
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Consigli

Non usare come peso un oggetto molto fragile o di valore perché potrebbe rompersi.
Scegli un pezzo di spago considerevolmente più lungo rispetto al diametro del peso.

Avvertenze

Non usare oggetti molti pesanti come zavorra per il pendolo, altrimenti lo spago potrebbe spezzarsi.

Cose che ti Serviranno

Due sedie
Riga da un metro
Spago
Forbici
Cronometro
Nastro adesivo
Cinque rondelle (dieci, se vuoi realizzare due pendoli) o tre monetine (sei, se prevedi di costruire due pendoli)