Informazioni su questo esperimento
Un'altalena a bilico è in equilibrio quando l'effetto rotatorio su un lato è uguale a quello sull'altro. Questo effetto rotatorio, chiamato momento, dipende sia dal peso sia dalla distanza dal fulcro. Appendi dei pesi a questa trave, spostali lungo di essa e sposta anche il fulcro stesso. Scoprirai che un peso leggero lontano può equilibrare un peso pesante vicino al fulcro e che una trave con un proprio peso può essere in equilibrio anche senza nulla sul lato corto.
Obiettivi di apprendimento
- Definisci il momento di una forza come il prodotto della forza per la distanza perpendicolare dal fulcro
- Enuncia il principio dei momenti: in equilibrio, i momenti in senso orario sono uguali a quelli in senso antiorario
- Usa il principio per trovare una massa o una distanza sconosciuta
- Spiega perché il fulcro deve sostenere il peso totale
- Includi il peso della trave, che agisce nel suo centro di gravità
Come si usa
- 1Inizia con pesi uguali. Sposta uno dei pesi di un foro più vicino al fulcro. Quale lato si abbassa?
- 2Rimuovi tutti i pesi e appendi 200 g al quinto foro a sinistra. Dove devi appendere 1 kg, 500 g o 200 g a destra per bilanciare la barra? Cerca una regola.
- 3Scegli «Leggero lontano, pesante vicino». Verifica che i due momenti siano uguali, anche se i pesi non lo sono.
- 4Metti due pesi diversi sullo stesso lato. Come si sommano i loro momenti?
- 5Rimuovi tutti i pesi, attiva «La barra ha un peso» e sposta il fulcro fuori dal centro. Quale lato si abbassa e perché?
- 6Scegli «Barra pesante, fulcro decentrato». Trova un modo per bilanciare la barra con un altro peso.
Il modello
Ipotesi
- La barra è rigida e il fulcro è privo di attrito. I pesi pendono verticalmente dai fori, quindi la loro distanza dal fulcro si misura lungo la barra.
- I fori sono distanziati di 10 cm. Quando la trave non è in equilibrio, si inclina finché non poggia su un arresto a 12°.
- Se l’opzione «Peso della trave» non è attivata, la trave stessa è considerata priva di peso. Quando ha un peso, tutta la sua massa di 0,5 kg agisce nel suo centro.
Provalo in classe
- Q1Un bambino di 30 kg è seduto a 2 m dal fulcro di un’altalena a bilico. Dove deve sedersi un bambino di 40 kg per bilanciarla?
- Q2Perché è più facile aprire una porta spingendo vicino alla maniglia anziché vicino ai cardini?
- Q3Una chiave con un manico più lungo rende più facile allentare un dado stretto. Spiega perché usando il momento torcente.
- Q4Due pesi sono in equilibrio su una trave. Che cosa succede se entrambi vengono spostati di un foro più lontano dal fulcro?
- Q5Perché una gru ha bisogno di un contrappeso pesante e perché in alcune gru il contrappeso può essere spostato?
Domande frequenti
Perché le unità di un momento torcente assomigliano a quelle dell’energia?
Entrambi si esprimono in newton per metro, ma sono grandezze diverse. Nel momento, la distanza è perpendicolare alla forza e non si muove nulla; nel lavoro, lo spostamento è nella direzione della forza. Ecco perché i momenti si esprimono di solito in N·m e l’energia in joule.
La trave è in equilibrio quando i pesi sono uguali su entrambi i lati?
Solo se i pesi si trovano anche alla stessa distanza dal fulcro. A dover essere uguale è il momento, peso per distanza, non il solo peso.
Perché la forza esercitata dal fulcro cambia quando si aggiungono pesi, ma non quando li si sposta?
In equilibrio, il fulcro deve spingere verso l’alto con la stessa forza con cui tutto spinge verso il basso. Perciò la forza del fulcro è uguale al peso totale, indipendentemente da dove siano appesi i pesi.