MACCHINA DI FLETCHER

La Macchina di Fletcher serve a studiare il secondo principio della dinamica, cioè la proporzionalità diretta tra la forza applicata ad un punto materiale e l'accelerazione che si ottiene.
Il macchinario è costituito da un cursore, su cui possono essere posti modellini di moto di peso diverso, che trasla con attrito molto basso sopra una guida rettilinea.

La rotaia, lunga 2,2 metri, è composta da un unico pezzo di alluminio estruso, con un profilo studiato appositamente per avere la superficie di scorrimento dei carrelli esente da curvature, così da garantire misure accurate e precise.
Il carrello è composto da un corpo di policarbonato che presenta, nella faccia inferiore, due assali forniti di ruote piccole e leggere, in modo da avere momenti di inerzia trascurabili, montate su cuscinetti a sfera di precisione al fine di minimizzare gli attriti.

Ogni rotaia è corredata di pulegge a basso attrito e basso momento di inerzia che, grazie ad una cordicella, collegano il cursore ad un peso noto: quando il peso viene lasciato cadere, esso trascina il cursore applicando una forza costante.
Ogni rotaia è dotata di un’elettrocalamita di sgancio dei carrelli comandata da un pulsante a fungo che dà il via ai tre possibili esperimenti.

Il primo esperimento è qualitativo e si divide in due parti (la gara):
a) due pesi diversi trascinano due moto uguali
b) due pesi uguali trascinano moto diverse (una più pesante dell’altra).
In questo modo si fa notare che forze diverse producono sullo stesso oggetto effetti diversi e che una stessa forza produce effetti diversi su oggetti differenti.

Il secondo esperimento serve per studiare il tipo di moto utilizzando la fotografia stroboscopica.

Su una motocicletta viene montato un “micromarmug” azionato da una pila stilo posta all’interno della moto. Si effettua una fotografia che viene immediatamente proiettata su uno schermo 32" e stampata su carta millimetrata. L'immagine ottenuta può essere analizzata mostrando le caratteristiche del moto uniformemente accelerato.

Il terzo esperimento: la relazione fra forza e accelerazione

Su una moto vengono posti due passeggeri e due valige, dopo aver verificato col dinamometro che i passeggeri hanno lo stesso peso e che le valige hanno ciascuna un peso che è la metà di quello dei passeggeri.
Si procede alla misura di a.
Il pulsante di start è collegato ad un cronometro che viene azionato nel momento in cui l’elettrocalamita viene disinserita. Un schermo 32" mostra lo scorrere del tempo: una fotocellula posta in un punto del percorso che precede la frenata arresta il cronometro e sullo schermo appare il tempo che la moto ha impiegato per percorrere uno spostamento noto. Viene quindi visualizzato il valore dell’accelerazione calcolato mediante la formula a=2S/t^2.
Fatto ciò si sposta una valigia dalla moto al motore trainante e si ripete la misura. Si procede così fino ad aver spostato tutte le valige ed i passeggeri dalla moto al motore.
Sullo schermo a parete sono disegnati due assi cartesiani F/a. Sull’asse F sono riportati i valori dei pesi trainanti (motore, motore + valigia, motore + 2 valige, ecc..) precedentemente misurati col dinamometro. Sull’asse a vengono riportati i valori delle accelerazioni letti sul display.
Si ottiene così una retta che indica la proporzionalità diretta tra forza e accelerazione e si definisce la massa inerziale.

Argomenti trattati:
- Primo principio della dinamica
- Secondo principio della dinamica
- Concetto di Massa Inerziale

Conoscenze richieste
- Definizioni delle grandezze cinematiche:
Spostamento – Tempo – Velocità media – Velocità istantanea – Accelerazione media.
- Elaborazione di una equazione di primo grado in una incognita.
- Costruzione di un grafico ed interpretazione del significato della curva risultante (proporzionalità diretta).