L’ATTRITO VISCOSO
PROgetto p.c.t.o
introduzione e presentazione
Questa presentazione mira a fornire maggior consapevolezza dell’attrito viscoso, un particolare attrito con cui abbiamo a che fare nella nostra quotidianità e senza il quale alcune nostre semplici azioni sarebbero impossibili.
STRUTTURA DEL VIDEO E SCELTE DI LAYOUT
Il video si compone principalmente di 2 MACRO AREE, basate su diapositive (slide).
Ha la funzione di descrivere i contenuti teorici dell’argomento in questione, successivamente analizzati attraverso un esperimento pratico.
- Slide 1: introduzione
- Slide 2: cosa è l’attrito e spiegazione generale dell’attrito viscoso
- Slide 3: esperimento sull’attrito viscoso 1
- Slide 4: esperimento sull’attrito viscoso 2
MACRO AREA 2:
Ha la funzione di mostrare come questo tema sia presente nella nostra quotidianità, facendone capire la sua reale importanza.
- Slide 5: attrito viscoso in relazione alla forma degli oggetti (Visione della Ferrari)
- Slide 6: attrito viscoso nello sport (Visione nei ciclisti)
- Slide 7: attrito viscoso nello sport (Visione nel paracadute)
Contenuti teorici esposti:
– spiegazione generale dell’attrito viscoso
L’attrito è una forza che si esercita tra due corpi a contatto, ostacolando il movimento di uno rispetto all’altro. Ad esempio: se si fa scivolare una scatola sull’asfalto, dopo poco tempo la scatola si ferma perché la forza d’attrito agendo in verso opposto a quello di moto della scatola, l’ha rallentato sino ad arrestarla.
L’attrito viscoso è la forza di attrito che un fluido (cioè un gas o un liquido) esercita su un oggetto solido in moto attraverso di esso. Questa forza è tanto maggiore quanto è maggiore la velocità dell’oggetto e varia anche in base alla forma e alle dimensioni di quest’ultimo. Inoltre si chiama così perché dipende da una caratteristica del fluido chiamata viscosità, che esprime la resistenza del fluido allo scorrimento: è una specie di “collosità”, di aderenza interna. Per esempio l’olio è più viscoso dell’acqua, anche se è meno pesante, meno denso. Un fluido come il miele è più viscoso dell’olio.
Una situazione molto comune in cui si sperimenta l’azione dell’attrito viscoso è la seguente: quando si lancia una pietra verso l’alto, la forza che le viene impressa le dà la spinta per salire, poi essa rallenta a causa dell’attrito viscoso dell’aria e infine ricade a terra per effetto della forza gravitazionale.
-La resistenza di forma e la ferrari
Un corpo in moto attraverso l’aria, a causa della forza di attrito esercitata da quest’ultima, incontra una resistenza al suo movimento, che potremmo definire resistenza di forma: essa è così chiamata perché, oltre che dalla densità del fluido e dalla sua viscosità, è influenzata dalla forma complessiva del corpo.
Se ci riferiamo, ad esempio, a mezzi di trasporto che viaggiano a grandi velocità, come aerei o auto da corsa, si ha l’interesse di ridurre la resistenza di forma per migliorare le prestazioni: più un corpo riesce a limitare di esporsi all’aria meglio è perché subisce un minore attrito viscoso e di conseguenza questa minor fatica nell’avanzare tradurrà in un dispendio minore di carburante.
Per ridurre la resistenza di forma bisogna conformare la parte anteriore del corpo, cioè la zona della sua superficie che per prima entra in contatto con l’aria. La forma ogivale è tra le migliori per la sua capacità di evitare un contatto netto con l’aria. Il termine ogiva è utilizzato per riferirsi alla sezione anteriore di un corpo o parte di esso che sia affusolata. Spesso è adottata su proiettili in generale, razzi, missili, bombe aeronautiche, siluri e aeroplani proprio per questa sua caratteristica.
Nel video si può notare infatti la linea di una Ferrari che è studiata in modo da alterare il minimo possibile i vortici che crea l’aria.
-attrito viscoso e i ciclisti
Tutti gli automobilisti sanno che, per mantenere costante la velocità dell’automobile, occorre una maggiore quantità di carburante tanto più la velocità è alta, poiché aumentano anche le forze di attrito che il motore deve controbilanciare. Un ciclista, invece, per ottenere lo stesso effetto dovrà incrementare la propria spinta sui pedali.
Analogamente al video, il ciclista davanti a tutti in fila indiana sarà a contatto diretto con l’aria e quindi subirà un maggior attrito viscoso faticando di più.
Ma perché quelli dietro faticano meno? Perché i ciclisti davanti “deviano” l’aria creando una scia (cioè una sorta di vuoto nella zona posteriore della loro bicicletta), per cui i ciclisti in coda saranno a contatto con meno aria e quindi risentiranno di un minor attrito, facendo meno fatica. È proprio per questo motivo che si danno il cambio di “apri fila” dopo un determinato istante di tempo.
Nel video si può notare inoltre che se stiamo dietro un camion sfruttiamo la scia d’aria che crea, per non avere attrito con l’aria consumando così meno energie.
-attrito viscoso e il paracadutista
Sul sistema paracadutista-paracadute non agisce soltanto la forza-peso (rivolta verso il basso), ma anche la forza di attrito con l’aria (che si oppone al moto di caduta e, quindi, è rivolta verso l’alto). Il moto del paracadutista è determinato dalla somma di queste due forze. La forza di attrito con l’aria aumenta man mano che la velocità del paracadutista cresce, fino a che raggiunge la stessa intensità della forza-peso. Da questo istante in poi le due forze sono uguali e opposte, e quindi la loro somma è uguale a zero. Ciò non significa che il paracadutista si fermerà, ma che da questo momento in avanti manterrà costante la velocità raggiunta chiamata anche velocità limite.
ASPETTO SPERIMENTALE: primo esperimento sull’attrito viscoso
BREVE INTRODUZIONE: E’ possibile visualizzare gli effetti dell’attrito viscoso con un semplice esperimento, che necessita di una strumentazione facilmente reperibile e alla portata di tutti.
MATERIALI OCCORRENTI: 1 tubo cilindrico contenente sapone liquido; 1 tubo cilindrico contenente acqua; sferette metalliche; cronometro; 1 righello.
PROCEDIMENTO: Prendere due sferette identiche tra loro e lasciarne cadere all’interno del cilindro contenente sapone liquido. Misurare con un cronometro il tempo impiegato dalla sferetta per percorrere tutto il contenitore. Ripetere ora l’esperimento utilizzando il cilindro contenente soltanto acqua.
OSSERVAZIONI: Nel cilindro contenente solo acqua le sferette cadono molto rapidamente, tanto da rendere difficile la misurazione. Nel cilindro riempito di sapone liquido, invece, la velocità di caduta è molto minore a causa dell’attrito viscoso. Infine, è possibile calcolare la velocità di caduta e operare un confronto tra i due casi.
(Qui è presente una pagina word creata apposta per chi volesse approfondire il discorso svolgendo anche un piccolo test: Approfondimento e test conoscenze).
ASPETTO SPERIMENTALE: secondo esperimento sull’attrito viscoso
MATERIALI OCCORRENTI: 3 fogli di carta di uguale peso e misura. Un foglio accartocciato e due fogli normali (distesi).
PROCEDIMENTO: Nella prima parte utilizzando due fogli non appallottolati dello stesso peso e della stessa forma si nota che raggiungono il pavimento nello stesso istante di tempo. Nella seconda parte, invece, utilizzando un foglio appallottolato e l’altro no, si verifica che il foglio accartocciato tocca il pavimento prima del foglio disteso.
OSSERVAZIONI: Il foglio appallottolato cade molto più velocemente perché offre minor superficie all’aria e quindi subisce minor attrito.
Sitografia:
– Video Ferrari: https://www.youtube.com/watch?v=h2yzEGdMGsQ
– Video Paracadute: Programma televisivo “DMAX” ed Eurosport
– Spiegazioni Attrito: https://www.chimica-online.it/fisica/
– Appunti esperimento: http://patrimonio-didattico.fisica.unipd.it/esperimento.php?esperimento=3
PROGETTI PERCORSI 