Misurare la velocità
Sperimentalmente, nel nostro laboratorio di fisica possiamo usare uno dei diversi metodi per misurare la velocità degli oggetti.
Cronometro e metro:
Il modo più semplice per misurare la velocità è usare un cronometro e un metro. A meno che uno non sia negligente, l’errore umano può raramente essere attribuito agli errori negli esperimenti. Tuttavia un cronometro è buono solo quanto l’uomo che lo controlla. Nel migliore dei casi, il tempo di reazione umano è una frazione di secondo (1/5) e questo da solo può creare un errore.
Fotogate e metro
Possiamo eliminare il fattore di errore umano usando una fotogate. In un photogate, quando il nostro oggetto in movimento blocca un fascio di luce fa scattare l’avvio del nostro timer. Quando blocca un secondo gate in può fermare il timer. Alcuni photogate sono dispositivi autonomi, altri si integrano con un computer. Si possono anche impostare i fotogates per misurare il tempo più breve in cui il raggio viene bloccato quando un oggetto di una data dimensione fisica blocca il raggio.
Tickertape e Meterstick
Una macchina tickertape emette un suono molto inquietante. Ha un piccolo stilo di metallo che sbatte su e giù a 60 cicli/secondo. Questa frequenza è dovuta alla frequenza della corrente elettrica alternata che alimenta l’apparecchio. Un lungo pezzo di nastro adesivo è attaccato all’oggetto in movimento e tirato attraverso la macchina mentre l’oggetto si muove. Un pezzo di carta carbone è posto tra lo stilo vibrante e il nastro di spunta. Ogni volta che lo stilo rimbalza, lascia un punto di carbonio sulla carta. La distanza tra questi punti può essere misurata con un semplice metro a bastoncino dopo che l’esperimento è stato eseguito. Il tempo tra i punti è semplicemente 1/60 di secondo. È interessante notare che più velocemente si muove un oggetto, maggiore è la distanza tra i punti.
I sensori di movimento a ultrasuoni sono simili alle pistole radar usate dai poliziotti per misurare la velocità delle auto sull’autostrada. La differenza principale è che questi sensori usano onde ultrasoniche. Queste sono onde sonore con un tono così alto che sono al di là della gamma dell’udito umano. Il sensore emette le onde ultrasoniche in un cono focalizzato. Quando le onde rimbalzano verso il sensore, l’onda sonora viene raccolta. A causa dello spostamento Doppler, possiamo misurare con precisione la velocità dell’oggetto.
Analisi delle immagini video: Anni fa, potevamo scattare fotografie usando una luce stroboscopica per fare misure cinematiche. Se guardate le foto dello stroboscopio, potete vedere chiaramente come la distanza tra le immagini aumenta con la velocità.
Oggi, possiamo raccogliere delle riprese video con una webcam o un telefono cellulare. Poiché il video è raccolto a 30 fotogrammi/secondo, conosciamo l’intervallo di tempo della foto. Se conosciamo la relazione tra la dimensione dei pixel e la distanza, possiamo trovare facilmente la velocità. Questo può essere fatto se conosciamo le dimensioni di un oggetto nel video. Oppure si può mettere un metro nel video come scala di riferimento. Tuttavia, bisogna fare attenzione agli effetti della parallasse sull’immagine video. Se un oggetto è più lontano (o fuori dall’angolo) allora apparirà più piccolo. Un metodo discreto sarebbe quello di utilizzare LoggerPro o VideoPhysics di Vernier Software. In questo software si clicca sulla posizione dell’oggetto che si sta cercando di analizzare durante ogni fotogramma.